JPH0357429A - 脈拍検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子腕時計等の電子機器に用いられる光電式
の脈拍検出回路に関するものである。

〔従来の技術〕

脈拍の検出には、心臓の鼓動による動脈の振動を検出す
る方法．鼓動による心音を検出する方法．血液の量の変
化を検出する方法等が用いられている。特に小型電子機
器においては光学的手段を用いて血液量変化を検出し、
これにより得られた光電脈波から脈拍数等を測定する方
法が有効である．例えば、ＬＥＤ　（ライトエミソティ
ングダイオード）等の発光素子とフォトトランジスタ等
の受光素子とを設け、発光素子の光を指に照射し、その
反射光又は透過光を受光素子に入射することにより、血
液の脈動に伴う血量変化を受光量の変化として検出し、
これにより得られた光覚脈拍波をフィルタ回路．増幅器
，波形整形回路等を介して脈拍に応した信号に変換し脈
拍数を測定する。

しかし、光学的手段を用いて血液Ｎ変化を測定する方法
では、フォトトランジスタ等の受光素子を用いて検出す
るため、蛍光灯の照明装置からの光、あるいは太陽光線
等の外来光を受光して動作してしまう。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のように、光学的手段を用いて血液量変化を測定す
る方法では、外来光とこの光を遮光可能な物体で検出面
の上部を断続的に遮光を行えば外乱的な信号が得られて
しまう。この外乱的な信号と被検出部から得られる光電
脈拍波の信号とを識別し、高い信頼度の検出結果を得る
必要がある。

〔発明の目的〕

本発明は、上記事｛ｆｆを鑑み高い信頼度の脈拍の検出
結果が得られる脈拍検出回路を提供することを目的とす
るものである． 〔５題を解決するための手段と作用〕 本発明は上記目的を達成するために、受光素子と、該受
光素子より得られる信号を増幅する第１の増幅手段と該
第ｌの増幅手段より得られた信号と前記第ｌの増幅手段
に供給される基＄電圧より高いレベルの第２の基準電圧
とを比較する比較手段とを有することを特徴とする。

上記比較手段によれば、検出面に被検出部が置かれたか
否かが検出可能となり、より高い信頼度の脈拍の検出結
果を得ることが出来る作用を有する。

Ｃ実施例〕 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳述
する。

本実施例は、本発明の脈拍検出回路を電子腕時計内に設
け、電子腕時計の所定の位置に指をのせて脈拍数を測定
するものである． 第２図は、本発明に用いる電子腕時計の一部の外観を示
す図である．同図において、時計ケース１には時刻，脈
拍数等を表示する表示部２、被検出部である指を乗せる
ための脈拍検出用窓３及びその下部に脈拍｝負出センサ
４を配し、図示していないが表示を切換えたりするため
の各種操作スイッチが設けられている．第３図（Ａ）は
、脈拍検出用窓３の上に指を乗せ脈拍検出状態を示す図
であり、脈拍検出センサ４は、発光素子であるＬＥＤ５
と受光素子であるフォトトランジスタ６とで構成される
。第３図（Ｂ）は未使用時の模擬的な断面図であり、第
３図（＾）に示す構威と同しである。

第１図は、上述の電子腕時計内に設けられた本発明の一
実施例である脈拍検出回路及び脈拍演算回路図である．
第４図に示す各端子に出力する波形図と対比しながら説
明を続ける．脈拍検出回路は、発光素子であるＬＥＤ４
と受光素子であるフォトトランジスタ６で構成される槍
出センサ４と前記ＬＥＤ４の点灯２消灯を制御するため
のＬＥＤ駆動千段７と前記フォトトランジスタ６より出
力する脈拍検出信号を増幅するため第１の増幅千段８と
前記第１の増幅手段８の脈拍信号を更に増幅し、脈拍信
号或分である２〜４Ｈｚの信号威分のみを取り出す脈拍
信号増幅．フィルタ手段９と、前記第１の増幅手段８の
信号レベルを比較するためのコンパレータＡ２とで構成
され、前記脈拍信号増幅．フィルタ手段９の出力信号と
前記コンパレータＡ２の出力信号とから脈拍数を計測す
る脈拍演算手段ｌＯにより脈拍数を計算する．前記脈拍
演算千段１０は図示していないが、時刻計数，各種スイ
ッチ入力に対応する操作の制御及び各種タイミング信号
を出力するタイξング信号発生手段を含み構成される中
央処理装置（以下ＣＰＵと称す）９内に設けられている
。

操作スイッチの入力により脈拍測定状態に設定されると
ＣＰＵ内に設けられた脈拍演算手段ｌＯはＬＥＤ駆動手
段７に信号を送りＬＥＤを点灯し、かつ、トランスファ
ーゲー｝Ｔ２をオンにして、第１の増幅手段８へ信号が
入力可能な状態に設定する。ＬＥｏｒｇ動手段７はＮＰ
Ｎ　トランジスタＴｌを制御してＬＥＤ５に電流を流し
て点灯させる。

抵抗Ｒ１は、ＬＥＤ５に流れる電流の制御のために挿入
されている，ＬＥＤ５を脈拍検出中点灯し続けることは
１ｌｉｉａ！Ｘの浪費となるためパルス駆動する方法（
実開昭５３−７６６９７号公報参照）等の断続的な駆動
が考えられる。

第３図（＾）に示すように脈拍検出窓３の上に指を乗せ
ると、ＬＥＤ５の発光した光は指の毛細血管中の血液に
反射して、この反射光がフォトトランジスタ６に照射さ
れ、フォトトランジスタ６ば、この光に励起されて電流
が流れ、電源間にフォトトランジスタ６と直列に接続さ
れたＲ２の両端に起電力が発生する．この信号を第４図
ｔａ＋に示す脈拍信号を出力する。前記脈拍信号（８）
はコンデンサＣＩと抵抗Ｒ３による直流戒分がカットさ
れるハ？パスフィルタを通り、オンしているトランスフ
ァーゲートＴ２を介して、更に抵抗Ｒ４とコンデンサＣ
２で構威される積分回路を介して、コンデンサＣ３と抵
抗Ｒ５，Ｒ６とオペアンプＡｌで構威される増幅回路に
人力し、第４図（ｂｌに示す基準電圧１／２ＶＤＤより
若干の直流分を含んだ増幅波形を出力する。前記増幅信
号ｆｂｌはコンデンサＣ４により直流分がカントされて
、脈拍信号増幅．フ１イルタ手段９に入力する．脈拍信
号増幅，フィルタ千段９は、２〜４Ｈｚの脈拍信号のみ
を取り出すためのハイパスフィルタ、ローバスフィルタ
と電ａ（ＯＶ＝Ｖ３！〜Ｖ　ＤＤ）間で振幅する矩形波
まで増幅し波形整形する回路まで含み、第４図ｆｄｌに
示す矩形波に整形された脈拍信号を出力する。

また、第４図Ｔｏｌに示す第１の増幅回路８の出力信号
は、コンパレータＡ２に入力する．コンパレークＡ２の
一側の入力信号は、第４図山｝の破線で示す１／２Ｖａ
ｏより若干レベルの高い比較用の基準電圧Ｖ■，を入力
する．第４図Ｑ）ｌに示すように第１の増幅手段８の出
力信号である第４図（′ｂ）の信？（実線）は■■，よ
り高いと第４図ｆｃｌに示すハイレヘル（　Ｖ　ｏｎ）
の信号を出力する。

次に第３図（Ｂ）に示すように、脈拍検出可能な状倍で
あるのに脈拍検出用窓３の上に被検出部である指が乗せ
られておらず、外来光がフォトトランジスタ６に照射さ
れている場合について述べる。

蛍光灯等などの照明装置からの光あるいは太陽光の光等
の外来光が、フォトトランジスタ６に直接照射されて励
起し、直列に挿入したＲ２の両端に起電力を発生させ、
第４図（ａｌの外来光が遮光されずに照射した時に示す
ようなある一定レベルでほぼ平坦な信号を出力する。信
号のレベルは、照射される光量によって変化する．この
信号は、コンデンサＣＩによって直流分をカントして第
ｌの増幅手段８に入力されるので第４図（ｂｌに示すよ
うに、基準電圧１／２Ｖ＋＋ｏ近傍の微小な信号が第１
の増幅手段８より出力される。この信号は、脈拍信号増
幅，フィルタ千段９において、前述したように、脈拍信
号の２〜４Ｈｚの成分のみを取り出すフィルターと増幅
及び波形整形回路を含むために、？来光の若干の変化が
ノイズとして、第４図（ｄ＋に示すようなノイズ信号を
出力してしまう．また、第４図（ｂ）に示す第１の増幅
手段８の出力信号は、コンパレータＡ２で■■，と比較
され、Ｖ　ＩＩＥＦより低い電位レベルなので、第４図
ｔｅｌに示すように、ローレベルの信号を出力する，上
述してきた第４図＋ｄｌに示す脈拍信号増幅．フィルタ
千段９の出力信号と第４図（Ｃｌに示すコンバレータＡ
２の出力信号をアンドゲー口２を介して、第４図ｔｅｌ
に示す信号をＣ　Ｐ　Ｕｌｌの中に設けた脈拍演算手段
ｌＯに入力し、同信号の周期を計測して、１分間当たり
の脈拍数に換算処理を行う．本実施例は以上の動作説明
に示す様に、脈拍数を検出する際、被測定部である指を
流れる血液の変化をＬＥＤ５とその反射光又は透過光の
光量変化を受光するフォトトランジスタ６で検出し、前
記フォトトランジスタ６で検出した脈拍信号を第１の増
幅回路８で増幅し、更に脈拍信号増幅．フィルタ手段９
を介して脈拍信号成分である２〜４Ｈｚの信号を取り出
すが、被測定部である指が脈拍？出窓３の上に正しく乗
せられず、外来光がフォトトランジスタ６に大光した時
にも、前述した脈拍信号増幅，フィルタ千段９において
、外来光中に含まれる２〜４ＨｚＯ外乱ノイズも信号と
して出力してしまう．前記フォトトランジスタ６により
検出された信号は、コンデンサＣ１によって直流分がカ
ットされ抵抗Ｒ４とコンデンサＣ２によって積分された
信号を第１の増幅回路８で増幅されるため、第１の増幅
回路８の出力は、被測定部である指が正しく脈拍検出窓
３の上に乗せられている時とそうでない時で第４図山）
に示すように全く異なった信号を出力し、コンパレータ
Ａ２により、アンプＡＩの基準電圧である１／２ＶｏＤ
より若干高い■■，と比較することにより被測定部であ
る指が正しく脈拍検出窓３の上に乗せられたかの検出を
行うことができる。

本発明の実施例は以上の電子腕時計に用いたものに限ら
ず発光素子と受光素子を有する他の脈拍計付電子機器に
用いることが出来ることは勿論である． また、指が正しく乗せられているか否かをアンドゲート
１２により判断しているが、ＣＰＵＩＩによりアンプＡ
２の出力レベルを見ながら、脈拍数検出を行うのか否か
どうかの動作制御を行ってもよい。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように本発明によれば、脈拍検出の
際に、検出センサ一部に被測定部である指が正しく乗せ
られているか否かを検出することにより、測定された脈
拍数がより高い信頼度の検出結果を得ることが可能であ
る．

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例である脈拍検出回路及び脈拍
演算回路図であり、第２図は電子腕時計の一部の外観構
或図、第３図（Ａ）は脈拍検出用窓の上に指を乗せ測定
状態を示す図、第３図（Ｂ）は未使用時の脈拍検出窓部
の断面図であり、第４図は第ｌ図に示す各端子に出力す
る波形図である。 １・・・時計ケース ２・・・表示部 ３・・・脈拍検出用窓 ４・・・脈拍検出センサー ５・・・ＬＥＤ ６・・・フォトトランジスタ ７・・・ＬＥＤ駆動手段 ８・・・第１の増幅手段 ９・・・脈拍信号増幅．フィルタ手段 １０・・・脈拍演算手段 １１・・・ＣＰＵ １２・・・アンドゲート ＡＩ．Ａ２・・・オペアンプ Ｒｌ−Ｒ６・・・抵抗 ０１〜Ｃ４・・・コンデンサ Ｔ１・・・ＮＰＮ　｝ランジスタ Ｔ２・・・トランスファゲート 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 発光素子と受光素子とで構成される検出センサーと、前
   記受光素子の信号を増幅する増幅手段とフィルタ手段と
   脈拍数に換算する為の脈拍演算手段とで構成される光電
   式の脈拍検出回路において、前記増幅手段の中間の信号
   と前記増幅手段の基準電圧より高い基準電圧とで比較す
   るコンパレータを設けたことを特徴とする脈拍検出回路
   。