JPH0730008Y2 - 指尖脈波センサ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、指尖を発光素子及び受光素子間に挿入して、
拍動に伴うその血管の容積変化を透過光量の変化により
電気信号として検出する指尖脈波センサに関するもので
ある。

〔従来の技術〕

この種の従来の指尖脈波センサとしては、受光素子及び
発光素子の一方を埋め込まれた指尖の爪側のパッドと、
他方を埋め込まれたその腹側のパッドとを対向させると
共に、いずれかのパッドの裏面にＵ字型に曲げられた板
ばねを取付け、両パッド間に挿入された指尖を圧迫状態
で挟持させるようになった板ばね式のものが周知であ
る。

さらに、受光素子及び発光素子がそれぞれ埋め込まれた
２個のアームを互に洗濯挟み形状にヒンジさせ、そのヒ
ンジピンにコイルばねを装着して互に接近する方向へ付
勢するようにした指尖脈波センサも周知である。

〔考案が解決しようとする課題〕

このような指尖脈波センサにおいて、指尖のセット位置
を正確に設定することは、検出波形の精度を確保するの
に重要である。特に、検出波形を時間について２回微分
して加速度波形に変換することにより、末梢循環の状態
を無侵襲的にモニタする加速度指尖脈波計では、検出波
形の精度が測定結果に大きく影響する。

しかしながら、従来の指尖脈波センサにおいては、指尖
を正確にセットさせ、またその正規のセットを確認する
配慮はなされていなかった。

そこで、本出願人は、実願昭63−123983により、指尖腹
セット面及び爪セット面間の前方における爪位置よりも
指尖腹セット面寄りに指尖ストッパを設けると共に、指
尖ストッパに、その先端の当接を検知するタッチセンサ
が設けた指尖脈波センサを提案した。これにより、正確
な指尖セットが容易に可能になると共に、ストッパに指
尖を接触するだけで、指尖を歪ませることなく指尖セッ
トをモニタでき、被検者だけでなく検査者にとってもセ
ット状態の確認が容易になる。

しかしながら、それ自体周知の静電容量型のタッチセン
サを用いた場合、指尖セットを高精度に検知しようとす
ると、周囲の状況によっては電極板に商用電源電圧が誘
導されて干渉する問題がある。

よって、本考案は、電極板の静電容量で規定される発振
周波数が正規のセット位置への指尖セットにより低減す
るのを検知するようになったタッチセンサを用いること
を前提にした指尖脈波センサにおいて、電極板に商用電
源電圧が誘導されても、指尖セットの検知精度の低下を
回避できるようにすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本考案は、この目的を達成するために、指尖腹セット面
に、突出した爪を逃がす高さの指尖ストッパを突設する
と共に、少なくともこの指尖ストッパの表面に、正規位
置にセットされた指尖を静電容量変化より検知するタッ
チセンサの電極板を設け、この電極板に、タッチセンサ
の回路部分として、電極板の呈する静電容量に対応した
周波数で発振する発振回路と、この発振信号をほぼ商用
電源周波数／指尖検知時の発振周波数の比でカウントダ
ウンするカウントダウン回路と、このカウントダウンさ
れた信号の周期が非検知時の周期から正規位置への指尖
セット時の発振周波数に対応して長くなったのを検出し
て、指尖検知信号を出力するカウントダウン周期判断回
路とが後続している。

〔作用〕

指尖を指尖腹セット面及び爪セット面間の正規位置にセ
ットして指尖ストッパに接触すると、発振回路の発振周
波数は電極板の呈する静電容量が所定量増加することに
より低下する。この発振信号はカウントダウン回路では
ほぼ商用電源周波数／指尖検知時の発振周波数の比でカ
ウントダウンした信号に変換される。したがって、カウ
ントダウン過程で商用電源の±電圧誘導の大きさ応じて
個々のカウントダウンされた発振信号の周期が変動した
としても、最終的にほぼ商用電源周期のカウントダウン
信号に変換され、±電圧誘導の影響が商用電源周期にわ
たり相殺され、周期の変動が回避される。カウントダウ
ン周期判断回路は、このカウントダウン信号の周期が予
め設定された基準所定の周期に長くなったのを検出し
て、指尖検知信号を出力して、報知或は測定に自動開始
を行わせる。

〔考案の実施例〕

第１図〜第４図は本考案の一実施例による指尖脈波セン
サを示す。

これらの図において、10は平面に据え付けられる指尖セ
ット台であり、表面にはその底面に対して自然な状態の
指尖腹の標準的な形状に対応して傾斜した指尖腹セット
面11と、続く指の第１及び第２関節間の腹に対応して同
一勾配で傾斜した指尖ガイド面12とを備え、第３関節近
辺が頂部に位置する隆起面13が形成されている。さら
に、指尖腹セット面11及び指尖ガイド面12の両側には、
標準的な指巾より僅かに広い間隔のガイド壁10aが形成
されている。

指尖腹セット面11には、指尖腹の中央部分の逃げとして
も機能する円形の透光窓14が形成されると共に、先端に
は指尖の先端形状に対応した曲面状で、かつ長く延ばし
た爪を逃がすことのできる高さのストッパ30が形成され
ている。

このストッパの正面及び指尖腹セット面11の透光窓14の
周囲には、静電容量型のタッチセンサの形成するよう
に、銅箔である電極板38（図中でドット線で示す）が、
安全性を考慮して内側寄りに貼着され、その上面には完
全に隠れるように、より大きな形状の絶縁シート39でカ
バーされている。

この電極板には、第２図に示すように、アース間に呈す
る静電容量に対応した周波数例えば500kHzで発振し、指
尖が正規位置にセットされると静電容量の増大に対応し
て、発振周波数が例えば200kHzに変化する発振器40と、
その発振信号を50Hz/200KHz≒1/2¹²＝1/4、096にカウン
トダウンした矩形波信号に変換するカウントダウン回
路、例えばフリップフロップ回路41と、カウントダウン
された矩形波信号の周期が非接触時の周期8.2ms（パル
ス幅4.2ms）から基準周期例えば18ms（パルス幅9ms）に
達すると指尖検知信号を出力するカウントダウン周期判
断回路42とが後続している。

この弁別回路は、例えばカウントダウンされた矩形波信
号のCR充電回路421と、その充電電圧と基準周期に相応
するレベルとを比較してこのレベルに達すると指尖検知
信号を出力する比較器422より構成されている。また、
基準周期18msは200kHzが1/2¹²の低減比でカウントダウ
ンされた周期20.48msに対して正規のセット状態での容
量増加のバラツキを考慮して設定されたものである。さ
らに、発振器40の特性は、電極板38の形状特性も含めて
指尖１がストッパ30のみ又は指尖腹セット面11のみ接触
しているときには200kHz程度に低下し得ないように、即
ちカウントダウン周期が基準周期18msに達しないように
設定されている。

20は爪圧迫用のスライダであり、その内面パネル20bに
は、爪に当接する爪当接面21が設けられると共に、その
両側には底面10bに対して傾斜したスライダアーム22が
指尖セット台10の両壁のガイド溝18内をスライド可能に
取付けられている。透光窓14の背後には受光素子19が取
付けられ、爪当接面21の透光窓の背後に発光素子29が取
付けられている。内面パネル20bには、つや消しされた
透光性の合成樹脂で形成されたカバー35が取付けられて
いる。さらに、この内面パネルには、カバー35を裏面か
ら照明するように、その正面に12個及び両面に４個づつ
で合計20個のLED36がセットされた板状ブラケット37が
取付けられている。

両スライダアーム22間の下端は、棒23で連結され、隆起
面13内、即ち指尖セット台10の内部後方には、下設され
たアーム15に回転自在に取付けられたボビン16の巻芯に
内端がばね力で圧着されたそれ自体周知の定荷重ぜんま
い17が収納されている。このばねの外端17aは棒23に係
止されている。

このように構成された指尖脈波センサの動作は次の通り
である。

通常、スライダ20はその後縁20cが指尖セット台10の前
縁10cに当接した位置を占め、閉鎖している。

測定に際して、指尖１を指尖ガイド面12上の隙間Ｓに挿
入して指尖ガイド面12に沿って滑べらせて、指尖腹を指
尖腹セット面11に接触させた状態で指尖の先端をストッ
パ30に当接するまで前進させる。これにより、指尖１が
絶縁シート39における正規のセット位置である正面及び
底面の中央部分に接触すると、電極板38の呈する静電容
量が増大して発振器40は約200kHzで発振する。その発振
信号は、カウントダウン回路41でのフリップフロップ動
作により周期20.48ms前後の矩形波信号に変換される。

この際、200kHzの発振信号は、商用電源周期中で±の半
波電圧の誘導で振幅変調され、したがってカウントダウ
ン過程で個々の発振信号の周期が変動してこの過程で弁
別をしようとすると精度が低下する可能性がある。しか
しながら、最終的にほぼ商用電源周期にカウントダウン
されることにより、商用電源周期にわたる電源誘導の影
響が平均化もしくは相殺され、電源誘導の影響が除去さ
れた周期の矩形波信号が得られる。そして、指尖セット
時の静電容量のばらつきに対応して安定した20ms前後の
周期の矩形波が発生され、商用電源が60Hzの場合にも同
様にほぼ電源周期に相当して相殺作用が得られる。カウ
ントダウン周期判断回路42は、カウントダウンされた矩
形波の周期が8.2msから18msを越えるのを検知して、指
尖検知信号を出力して全てのLED36によりカバー35を面
状に発光させる。爪当接面21は爪の高さに対応して指尖
腹セット面11に対して離反するが、その加圧力は定荷重
ぜんまいにより個人差がなく、ほぼ一定の適切な値に保
持され、外乱光の入射もなく、絶えず指尖１が指尖腹セ
ット面11に位置付けされて安定化され、過度の圧迫によ
る脈波波形の歪みも生じない。

指尖１が絶縁シート39へ周辺方向にずれて接触している
場合には電極板38の静電容量の増加が不充分であるため
に、指尖検知信号は発生せず、LED36は発光しない。さ
らに、指尖１が指尖腹セット面11から浮いてストッパ30
を越えてその上端32に載っている場合、或はストッパ30
に指尖先端が当たった状態で指尖腹セット面11への接触
が不完全で浮いている場合も、接触面積が不足すること
により、充分な静電容量増加が得られず、指尖検知信号
は出力されない。

尚、またセンサ本体の構造としては、スライド方向が底
面に平行方向であったり、或は定荷重用にスライドスト
ロークに対して充分長いつる巻ばねを利用する等種々考
えられる。

このようなタッチセンサには、タイマを後続させること
により、その検知信号が所定時間以上継続して発生する
と、測定を自動的に開始させるスタート信号を出力させ
るようにもできる。

〔考案の効果〕

以上、本考案によれば、静電容量型のタッチセンサを用
いることにより、指尖を電極板に接触させるだけで指尖
セットを検知でき、したがって指尖を圧迫することがな
いために、忠実な脈波波形が得られる。しかも、電極板
に商用電源が誘導される場合でも周期が弁別する商用電
源周期に相応するために、カウントダウン過程での電源
電圧の影響が平均化され、電源誘導の影響を回避するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例による指尖脈波センサのスラ
イダ部分を除いた斜視図、第２図は同実施例による指尖
脈波センサの回路部分の構成を示す図、第３図は同実施
例による指尖脈波センサの中央部断面図及び第４図は同
実施例による指尖脈波センサの指尖装着状態を示す斜視
図である。 １…指尖、11…指尖腹セット面、19…受光素子、21…爪
当接面、29…発光素子、30…ストッパ、38…電極板、39
…絶縁シート。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】指尖の腹がセットされる指尖腹セット面
   と、爪がセットされる爪セット面とが対面されると共
   に、指尖腹セット面及び爪セット面の一方側に発光素子
   そして他方側に受光素子が対向して配置されて、拍動に
   伴う血管の容積変化を透過光量の変化により電気信号と
   して検出する指尖脈波センサにおいて、 前記指尖腹セット面に、突出した爪を逃がす高さの指尖
   ストッパを突設すると共に、 少なくともこの指尖ストッパの表面に、正規位置にセッ
   トされた指尖を静電容量変化より検知するタッチセンサ
   の電極板を設け、 この電極板に、前記タッチセンサの回路部分として、前
   記電極板の呈する静電容量に対応した周波数で発振する
   発振回路と、この発振信号をほぼ商用電源周波数／指尖
   検知時の発振周波数の比でカウントダウンするカウント
   ダウン回路と、このカウントダウンされた信号の周期が
   非検知時の周期から前記正規位置への指尖セット時の発
   振周波数に対応して長くなったのを検出して、指尖検知
   信号を出力するカウントダウン周期判断回路とが後続し
   ている、ことを特徴とする指尖脈波センサ。