JPH09113653A

JPH09113653A - 周期・周波数計測装置

Info

Publication number: JPH09113653A
Application number: JP7273238A
Authority: JP
Inventors: Motomu Hayakawa; 求早川; Chiaki Nakamura; 千秋中村
Original assignee: Seiko Epson Corp; Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Epson Corp; Seiko Instruments Inc
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1995-10-20
Publication date: 1997-05-02
Anticipated expiration: 2015-10-20
Also published as: JP3558428B2

Abstract

(57)【要約】【課題】センサ手段によって検出された波形信号に乱
れが発生するようなときでも、脈拍数やピッチなどとい
った周期・周波数の計測結果を表示することができ、使
い勝手のよい周期・周波数計測装置を提供すること。【解決手段】腕装着型脈波計測装置１では、液晶表示
装置１３においてＥＬバックライトを点灯したとき、ブ
ザー音を発生させたとき、ゲインを調整したとき、コネ
クタ部／コネクタピースにおいて一時的オープンが発生
したときなど、脈波信号を検出できなくなるときには、
ダミー信号発生部５６２からダミー信号が脈波データ記
憶部５５２に所定に時間だけ入力され、以降の処理が行
われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、センサが検出した
脈波や体動などの波形信号に対して周波数分析を行い、
この周波数分析の結果に基づいて脈拍数やピッチなどを
計測するための周期・周波数計測装置に関するものであ
る。更に詳しくは、センサが検出した波形信号に乱れが
発生するようなときに行うデータ処理技術に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】脈波や体動などをセンサによって検出
し、検出した波形信号に基づいて、脈拍数やピッチなど
を計測する脈拍計やピッチ計では、波形信号をデジタル
信号化した後、周波数分析を行い、そのスペクトラムか
ら脈波成分や体動成分を抽出し、それに演算を施して脈
拍数やピッチなどを求める方法が案出されている。かか
る方法では、周波数分析を行うために多くのデータが必
要であり、脈拍数を計測する場合には、たとえば、１６
秒間に得られた１２８点のデータに周波数分析が行われ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このため、従来の脈拍
計などにおいて、脈拍数などを表示する液晶表示装置に
おいてバックライトを点灯したときに電源電圧が変動す
ると、センサが検出した波形信号に乱れが発生するの
で、周波数分析結果から脈拍数を正確に求めることがで
きない。従って、異常がおさまった時点から改めて１６
秒間かけて１２８点のデータを取り直す必要があるの
で、その間、エラー表示のままになっており、使い勝手
がわるいという問題点がある。

【０００４】かかる問題点に鑑みて、本発明の課題は、
センサ手段によって検出された波形信号に乱れが発生す
るようなときでも、脈拍数やピッチなどといった周期・
周波数の計測結果を表示することができ、使い勝手のよ
い周期・周波数計測装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、脈波や体動などの時間的変化を検出す
るセンサ手段と、該センサ手段が検出した波形信号に周
波数分析を行い、該周波数分析結果に基づいて脈拍数や
ピッチなどの情報を求めるデータ処理手段と、該データ
処理手段が求めた情報を表示装置に表示する表示制御手
段とを有する周期・周波数計測装置において、前記波形
信号の乱れの原因となるような割り込み動作が開始され
るか否かを監視する割り込み動作監視手段と、前記割り
込み動作が開始されるときに前記データ処理手段に入力
されるべきダミー信号を発生するダミー信号発生手段
と、前記割り込み動作監視手段の監視結果において前記
割り込み動作が開始されると判断したときに前記センサ
手段の検出結果に代えて前記ダミー信号を前記データ処
理手段に所定の時間入力する入力信号切換手段とを有す
ることを特徴とする。

【０００６】本発明において、前記割り込み動作として
は、たとえば、前記表示装置としての液晶表示装置にお
いて外部操作により行われるバックライトの点灯、また
は報知音の発生等の重負荷を伴う動作である。

【０００７】本発明の別の形態では、脈波や体動などの
時間的変化を検出するセンサ手段と、該センサ手段が検
出した波形信号に周波数分析を行い、該周波数分析結果
に基づいて脈拍数やピッチなどの情報を求めるデータ処
理手段と、該データ処理手段が求めた情報を表示装置に
表示する表示制御手段とを有する周期・周波数計測装置
において、前記波形信号の乱れの原因となるような異常
が発生したか否かを監視する異常監視手段と、前記異常
が発生したときに前記データ処理手段に入力されるべき
ダミー信号を発生するダミー信号発生手段と、該異常監
視手段の監視結果から前記異常が発生したと判断したと
きに前記センサ手段の検出結果に代えて前記ダミー信号
を前記データ処理手段に所定の時間入力する入力信号切
換手段とを有することを特徴とする。

【０００８】本発明において、前記表示制御手段は、前
記波形信号の原波形を前記表示装置にグラフィック表示
しているときに、前記センサ手段の検出結果に代えて前
記ダミー信号が前記データ処理手段に入力されたときに
は前記原波形に代えて前記ダミー信号に基づく波形を前
記表示装置に表示するように構成されていることが好ま
しい。

【０００９】本発明において、前記ダミー信号発生手段
は、前記波形信号の乱れの原因が発生する直前に前記セ
ンサ手段が検出した波形信号を前記ダミー信号として出
力するように構成されていることが好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】図面に基づいて、本発明の一実施
例を説明する。

【００１１】（全体構成）図１は、本例の腕装着型脈波
計測装置の全体構成を示す説明図である。

【００１２】図１において、本例の腕装着型脈波計測装
置１（周期・周波数計測装置）は、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３０（センサ手段）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、腕に着脱自在である。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。
このように、脈波検出用センサユニット３０を指の根元
に装着すると、ケーブル２０が短くて済むので、ケーブ
ル２０は、ランニング中に邪魔にならない。また、掌か
ら指先までの体温の分布を計測すると、寒いときには、
指先の温度が著しく低下するのに対し、指の根元の温度
は比較的低下しない。従って、指の根元に脈波検出用セ
ンサユニット３０を装着すれば、寒い日に屋外でランニ
ングしたときでも、脈拍数などを正確に計測できる。

【００１３】（装置本体の構成）図２は、本例の腕装着
型脈波計測装置の装置本体を、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、腕装着型脈波
計測装置を３時の方向からみた側面図である。

【００１４】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
構成されており、ドット表示領域１３４では、各種の情
報をグラフィック表示可能である。

【００１５】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
処理などを行なう制御部５が構成されている。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。

【００１６】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が構成されている。

【００１７】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。

【００１８】腕装着型脈波計測装置１では、その機能を
増やすにともなって、装置本体１０を大型化する必要が
あるが、装置本体１０には、腕に装着されるという制約
があるため、装置本体１０を腕時計における６時及び１
２時の方向に向けては拡大できない。そこで、本例で
は、装置本体１０には、３時及び９時の方向における長
さ寸法が６時及び１２時の方向における長さ寸法よりも
長い横長の時計ケース１１を用いてある。但し、リスト
バンド１２は、３時の方向側に偏った位置で接続してい
るため、リストバンド１２からみると、腕時計における
９時の方向に大きな張出部分１０１を有するが、かかる
大きな張出部分は３時の方向にはない。従って、横長の
時計ケース１１を用いたわりには、手首を自由に曲げる
ことができ、また、転んでも手の甲を時計ケース１１に
ぶつけることがない。

【００１９】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
偏平な圧電素子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時の方向に偏った位置にある。この重心が偏っ
ている側にリストバンド１２が接続しているので、装置
本体１０を腕に安定した状態で装着できる。また、電池
５９と圧電素子５８とを面方向に配置してあるため、装
置本体１０を薄型化できるとともに、図３に示すよう
に、裏面部１１９に電池蓋１１８を設けることによっ
て、ユーザーは、電池５９を簡単に交換できる。

【００２０】（装置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が長さ
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。

【００２１】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、
橈骨Ｒのある側面部Ｌ２に当接する。この状態で、装置
本体１０の裏面部１１９は、橈骨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、橈骨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、装置本体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、装置本体１０はそれ以上不必要にずれない。また、
裏面部１１９及び回転止め部１０８によって腕の回りの
片側２ヵ所で装置本体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１０
８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。

【００２２】（脈波検出用センサユニットの構成）図４
は、本例の脈波検出用センサユニットの断面図である。

【００２３】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の裏側に裏
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、ブッシュ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が指の根元側か
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。このよ
うに配置すると、外光がフォトトランジスタ３２に届き
にくいという効果がある。

【００２４】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
とともに、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可能であ
る。ここで、透光板３４の外側表面３４１と指表面との
密着性を高める目的に、透光板３４の外側表面３４１
は、その周囲部分３６１から突出している構造になって
いる。

【００２５】本例では、ＬＥＤ３１として、ＩｎＧａＮ
系（インジウム−ガリウム−窒素系）の青色ＬＥＤを用
いてあり、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６０
０ｎｍまでの範囲にある。かかる発光特性を有するＬＥ
Ｄ３１に対応させて、本例では、フォトトランジスタ３
２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。

【００２６】このように構成した脈波検出用センサユニ
ット３０を、図５に示すように、センサ固定用バンド４
０（図５には図示を省略してある。）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、その受光量変化が血量変化（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、血量が少なくなると、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
などを計測できる。

【００２７】本例では、発光波長領域が３５０ｎｍ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
づいて生体情報を表示する。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。その理由は、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、外光が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。
これに対し、８８０ｎｍ付近に発光ピークを有するＬＥ
Ｄと、シリコン系のフォトトランジスタとを用いると、
その受光波長範囲は、３５０ｎｍから１２００ｎｍまで
の範囲に及ぶ。この場合には、図５に矢印Ｙで示すよう
に、指を導光体として受光部にまで容易に届いてしまう
ような１μｍの波長の光による検出結果に基づいて脈波
を検出することになるので、外光の変動に起因する誤検
出が起こりやすい。

【００２８】また、約７００ｎｍ以下の波長領域の光を
利用して、脈波情報を得ているので、血量変化に基づく
脈波信号のＳ／Ｎ比が高い。その理由として、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、従来の検出光である波長が８
８０ｎｍの光に対する吸光係数に比して数倍〜約１００
倍以上大きいため、血量変化に感度よく変化するので、
血量変化に基づく脈波の検出率（Ｓ／Ｎ比）が高いと考
えられる。

【００２９】なお、図５において、３８は、透光板３４
の周りに配置されている人体アース用端子である。

【００３０】（装置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、装置本体１
０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８０をコネクタ部７０から外せば、腕装
着型脈波計測装置１を通常の腕時計やストップウォッチ
として用いることができる。但し、ケーブル２０及び脈
波検出用センサユニット３０を装置本体１０のコネクタ
部７０で外した状態で用いるときには、コネクタ部７０
を保護する目的に、所定のコネクタカバーを装着する。
このコネクタカバーとしては、コネクタピース８０と同
じ構成のものを用いることができる。但し、コネクタカ
バーには、電極部などが不要である。このように構成したコネクタ構造では、コネクタ部７０
が利用者からみると手前側にあり、操作が簡単である。
また、コネクタ部７０は、装置本体１０から３時の方向
に張り出さないので、利用者は、ランニング中に手首を
自由に動かすことができるとともに、ランニング中に転
んでも手の甲がコネクタ部７０にぶつからない。

【００３１】コネクタ部７０とコネクタピース８０とに
よって構成されたコネクタ部分での電気的な接続は、図
６に示すとおりである。

【００３２】図６において、装置本体１０の側に構成さ
れているコネクタ部７０には、端子７５１〜７５６（第
１の端子群）が構成されており、これらの端子７５１〜
７５６に対応して、コネクタピース８０には、電極部８
３１〜８３６（第２の端子群）が構成されている。その
うち、端子７５２は、電極部８３２を介してＬＥＤ３１
に第２の駆動電圧ＶＤＤの供給するためのプラス端子、
端子７５３は、電極部８３３を介してＬＥＤ３１のマイ
ナス電位とされる端子、端子７５４は、電極部８３４を
介してフォトトランジスタ３２のコレクタ端子に駆動用
の定電圧ＶＲＥＧを供給するための端子、端子７５１
は、電極部８３１を介してフォトトランジスタ３２のエ
ミッタ端子からの信号が入力される端子である。

【００３３】端子７５５は、電極部８３５を介してコネ
クタピース８０をコネクタ部７０に装着したか否かを検
出するための信号が入力される端子であり、コネクタピ
ース８０をコネクタ部７０に装着すると、その旨の信号
がコネクタ部７０を介して装置本体１０の制御部５に入
力されているようになっている。従って、コネクタピー
ス８０とコネクタ部７０との間において、電極／端子が
オープン状態になっているか否かを検出することが可能
である。

【００３４】電極部８３６は、脈波検出用センサユニッ
ト３０において人体アース用端子３８を介して人体にア
ースを落としており、端子７５６と電極部８３６とが電
気的に接続したとき、ＶＤＤをグランド線とすることに
よって、電極部８３１〜８３６をシールドするようにな
っている。

【００３５】コネクタピース８０では、ＬＥＤ３１の端
子間（電極部８３２、８３３の間）に対して、第１のキ
ャパシタＣ１、及び第１のスイッチＳＷ１が介挿されて
いる。このスイッチＳＷ１は、コネクタピース８０をコ
ネクタ部７０から外したときに閉状態になって、ＬＥＤ
３１に対して第１のキャパシタＣ１を並列接続させ、コ
ネクタピース８０をコネクタ部７０に装着したときに開
状態になる。同様に、フォトトランジスタ３２の端子間
（電極部８３１、８３４）に対しては、第２のキャパシ
タＣ２、及び第２のスイッチＳＷ２が介挿されている。
このスイッチＳＷ２も、コネクタピース８０をコネクタ
部７０から外したときに閉状態になって、フォトトラン
ジスタ３２に対して第２のキャパシタＣ２を並列接続さ
せ、コネクタピース８０をコネクタ部７０に装着したと
きに開状態になる。従って、コネクタピース８０をコネ
クタ部７０から外したときに、静電気によって高い電位
にあるものが電極部８３１、８３２、８３３、８３４に
触れても、その電荷は、第１及び第２のキャパシタＣ
１、Ｃ２に蓄積されるので、ＬＥＤ３１及びフォトトラ
ンジスタ３２は、破損しない。また、コネクタピース８
０をコネクタ部７０に装着すれば、自動的に脈波信号を
検出可能な状態になる。

【００３６】（制御部の全体構成）図７は、本例の腕装
着型脈波計測装置の装置本体の内部に構成されている制
御部の説明図である。なお、図７では、ＣＰＵに予め格
納されているプログラムに基づいて行われる処理を機能
ブロック図で示してある。

【００３７】図７において、制御部５のうち、脈波検出
用センサユニット３０からの入力結果に基づいて脈拍数
などを求めるデータ処理部５５には、脈波検出用センサ
ユニット３０からケーブル２０を介して入力された信号
をオペアンプからなる脈波信号増幅回路５５０で増幅し
た後、Ａ／Ｄ変換回路５５１（脈波信号変換部）がデジ
タル信号に変換して、入力信号切換部５６０を介して脈
波データ記憶部５５２に出力するようになっている。脈
波データ記憶部５５２は、デジタル信号に変換された脈
波信号を記憶しておくＲＡＭである。ここで、脈波信号
は、図８（ａ）に模式的に示すような波形信号である。
周波数分析部５５３は、脈波データ記憶部５５２に記憶
されている信号を読み出してそれに周波数分析（高速フ
ーリエ変換）を行ない、図８（ｂ）に示すようなスペク
トラム（周波数分析結果）を脈波成分抽出部５５４に出
力するようになっている。脈波成分抽出部５５４は、脈
波信号演算部５５３の出力信号から脈波成分（図８
（ｂ）に示す線スペクトルＳＰ）を抽出して脈拍数演算
部５５５に出力し、脈拍数演算部５５５は、脈波成分の
周波数より脈拍数を演算し、その結果を表示制御部５３
によって液晶表示装置１３に表示するようになってい
る。

【００３８】表示制御部５３には、脈波データ記憶部５
５２に記憶されている脈波データに基づいて、脈波信号
の原波形を液晶表示装置１３においてグラフィック表示
（スイープ表示）するための波形データ変換部５３０、
およびスイープ表示処理部５３４が構成されている。ま
た、波形データ変換部５３０には、脈波信号のレベルを
監視する振幅レベル監視部５３２と、振幅レベル監視部
５３２での監視結果に基づいて波形データに変換すると
きの増幅率を多段階に切り換える波形データ増幅部５３
３が構成されている。振幅レベル監視部５３２での監視
結果において、波形信号の振幅が小さいときには、波形
信号をより大きな増幅率で増幅して、脈波信号の原波形
を液晶表示装置１３において適正な大きさでグラフィッ
ク表示するためである。但し、後述するように、利用者
は、脈波信号の原波形をみて脈波検出用センサユニット
３０の指への装着状態を確認するので、表示制御部５３
は、このときの増幅レベルも液晶表示装置１３に表示す
るようになっている。

【００３９】さらに、制御部５には、割り込み動作を制
御する割り込み動作制御部５７０が構成され、割り込み
動作制御部５７０は、ボタンスイッチ１１１〜１１７に
所定の外部操作があったときに液晶表示装置１３のバッ
クライトを点灯させるための制御と、ブザー音を発生さ
せるための制御とを行っている。また、ゲインの調整も
割り込み動作制御部５７０を介して行われている。ここ
で、割り込み動作制御部５７０には、かかる割り込み動
作が開始されるか否かを監視するための割り込み動作監
視部５７１が構成されている。

【００４０】さらに、本例では、コネクタ部７０／コネ
クタピース８０における電極部／端子間の接続状態を間
欠的に監視する異常監視部５８０が構成されており、こ
の異常監視部５８０は、電極部／端子間において１度だ
けオープン状態にあると判断したときには、一時的オー
プン（疑似オープン）と判断し、連続して２度オープン
状態にあると判断したときには、完全なオープン状態に
あると断定するように構成されている。

【００４１】このように構成したデータ処理部５５にお
いて、たとえば、液晶表示装置１３においてＥＬバック
ライトを点灯した時には、それが点灯している４秒の
間、電源電圧が変動するので、図９（ａ）に期間ｔ１〜
ｔ２で示すように、脈波信号として検出した信号が異常
に変動し、図９（ｂ）に示すように、周波数分析（高速
フーリエ変換）を行った後のスペクトラムには、脈波信
号成分である線スペクトルＳＰ以外にも、大きな線スペ
クトルが多数出現する。同様に、アラーム報音時には、
１秒の間、電源電圧が低下して脈波信号として検出した
信号が異常に変化する。また、ボタンスイッチ１１１〜
１１７を介してゲインを調整したときにも、図９（ａ）
に期間ｔ１〜ｔ２で示すように、脈波信号が異常に変化
し、図９（ｂ）に示すように、周波数分析を行った後の
スペクトラムには、脈波信号成分である線スペクトルＳ
Ｐ以外にも、大きな線スペクトルが多数出現する。さら
に、コネクタ部７０／コネクタピース８０において電極
部／端子間が完全にオープン状態にあるときはともか
く、衝撃などによって一時的なオープン状態が発生した
ときも、図９（ａ），（ｂ）の期間ｔ１〜ｔ２のよう
に、脈波信号として検出した信号が異常に変化する。こ
のような場合に、従来のように、脈波信号を特定、抽出
できないとして、異常が解消してから改めて１６秒間か
けて１２８点のデータを取り直すと、データを表示でき
ない状態が長時間続く。

【００４２】そこで、本例では、データ処理部５５に
は、ダミー信号発生部５６２が構成されており、脈波信
号が大きく乱れると予測されたときに、入力信号切換部
５６０は、Ａ／Ｄ変換回路５５１から出力されたデータ
に代えて、ダミー信号発生部５６２から出力されたダミ
ー信号（データ列）を脈波データ記憶部５５２に出力す
るようになっている。すなわち、割り込み動作監視部５
７１による監視結果から、脈波信号の乱れの原因となる
ような割り込み動作がこれから開始されると判断したと
き、ダミー信号発生部５６２は、図１０（ａ）に期間ｔ
１〜ｔ２（信号が異常に変化する期間）に示すように、
ダミー信号Ｄを所定の時間だけ出力し、入力信号切換部
５６０は、Ａ／Ｄ変換回路５５１から出力されたデータ
に代えて、ダミー信号発生部５６２から出力されたダミ
ー信号Ｄを所定の時間だけ脈波データ記憶部５５２に出
力するようになっている。また、異常監視部５８０がコ
ネクタ部７０／コネクタピース８０で一時的オープン状
態が発生し、脈波信号が大きく乱れると予測したときに
も、ダミー信号発生部５６２は、ダミー信号Ｄを所定の
時間だけ出力し、入力信号切換部５６０は、Ａ／Ｄ変換
回路５５１から出力されたデータに代えて、ダミー信号
発生部５６２から出力されたダミー信号Ｄを所定の時間
だけ脈波データ記憶部５５２に出力するようになってい
る。ここで、ダミー信号Ｄは、０Ｖの直流信号として図
１０（ａ）に示してあるが、その他の直流信号でもよ
い。

【００４３】このように構成すると、液晶表示装置１３
においてＥＬバックライトを点灯したとき、ブザー音を
発生させたとき、ゲインを調整したとき、コネクタ部７
０／コネクタピース８０において一時的なオープンが発
生したときのいずれの場合も、図９（ａ），および図１
０（ａ）の期間ｔ１〜ｔ２について、異常に変動するデ
ータの代わりに、一定の直流信号に相当するデータ列が
所定の期間入力される。従って、かかる信号に周波数分
析を行うと、図１０（ｂ）に示すように、ノイズに相当
する小さな線スペクトルは出現するものの、大きな線ス
ペクトルは、ダミー信号Ｄに相当する０Ｈｚの位置と、
脈拍数に対応する周波数の位置とに出現するだけであ
る。このため、周波数分析結果から脈拍数を求める際
に、脈波信号成分に相当する線スペクトルＳＰを簡単に
特定・抽出できるので、表示制御部５３は、脈拍数を液
晶表示装置１３に表示し続けることができる。

【００４４】さらに、上記の原因によって、脈波信号と
して検出した信号が乱されたときには、表示制御部５３
は、脈波信号の原波形を表示することができないが、そ
れでも、かかる異常が発生した時間は、脈波信号の空白
をダミー信号で埋めているため、液晶表示装置１３に
は、ダミー信号に対応する一定の表示が行われるので、
乱された波形を表示しなくてすむ。

【００４５】なお、ダミー信号発生部５６２について
は、直流信号からなるダミー信号を脈波データ記憶部５
５２に出力しなくとも、脈波信号と周波数が大きく異な
る交流信号をダミー信号として出力した場合でも、周波
数分析結果から脈拍数を求めることに支障がない。

【００４６】さらに、ダミー信号発生部５６２について
は、割り込み動作監視部５７１または異常監視部５８０
による監視結果から脈波信号が検出できなくなると判断
されたときにＡ／Ｄ変換回路５５１から直前に出力され
た信号を出力してもよい。この場合には、周波数分析結
果から脈拍数を求めても大きな誤差がなく、また、脈波
信号の空白を略同じダミー信号で埋めたことになるた
め、液晶表示装置１３に不自然な波形を表示しなくてす
む。

【００４７】（腕装着型脈波計測装置の基本動作）図１
１には、腕装着型脈波計測装置１で行われる各モード、
及びそのときの液晶表示装置１３における表示内容を模
式的に表してある。

【００４８】図１１において、ステップＳＴ１１は、時
計モードであり、第１のセグメント表示領域１３１に１
９９４年１２月６日、月曜日である旨が表示され、第２
のセグメント表示領域１３２には、現在時刻が午後１０
時０８分５９秒である旨が表示されている。ドット表示
領域１３４には、現在のモードが時計モードであるとし
て「ＴＩＭＥ」と表示されている。但し、後述するとお
り、ドット表示領域１３４において「ＴＩＭＥ」と表示
されているのは、この時計モードが選択された直後の数
秒間だけである。なお、第３のセグメント表示領域１３
３には、何も表示されていない。

【００４９】本例の腕装着型脈波計測装置１では、時計
モードのときに２時方向にあるボタンスイッチ１１１を
押すと、たとえば１時間経過した時にアラーム音を発生
させることができ、このアラームの発生時刻は、任意に
設定可能である。また、１１時方向にあるボタンスイッ
チ１１３を押すと、液晶表示装置１３のＥＬバックライ
トが３秒間点灯し、しかる後に、自動的に消灯するよう
になっている。

【００５０】このモードから４時の方向にあるボタンス
イッチ１１２を押すと、ランニングモード（ステップＳ
Ｔ１２）に切り換わる。このモードは、腕装着型脈波計
測装置１をストップウォッチとして使用するときのモー
ドである。ランニングモードでは、計測を開始する前
（待機状態）において、第１のセグメント表示領域１３
１に現在時刻が表示され、第２のセグメント表示領域１
３２には、スタート前であるから、「０：００′：０
０″：００」と表示されている。ドット表示領域１３４
には、ランニングモードである旨の案内として「ＲＵ
Ｎ」と２秒間だけ表示した後、グラフィックが切り換わ
る。

【００５１】このモードから４時の方向にあるボタンス
イッチ１１２を押すと、ラップタイムのリコールモード
（ステップＳＴ１３）に切り換わる。このモードは、腕
装着型脈波計測装置１を用いて過去に計測したラップタ
イムやスプリットタイムを読みだすモードである。ラッ
プタイムのリコールモードでは、第１のセグメント表示
領域１３１に日付が表示され、第２のセグメント表示領
域１３２には現在時刻が表示されている。ドット表示領
域には、リコールモードである旨の案内として「ＬＡＰ
／ＲＥＣＡＬＬ」と２秒間だけ表示され、次に、最新の
ラップ毎の脈拍数の推移が表示される。

【００５２】このモードから４時の方向にあるボタンス
イッチ１１２を押すと、脈波計測結果のリコールモード
（ステップＳＴ１４）に切り換わる。このモードは、腕
装着型脈波計測装置１を用いて過去に計測した脈拍数の
時間的変化を読みだすモードである。また、本例の腕装
着型脈波計測装置１では、装置本体１０に加速度センサ
を利用して、マラソン時のピッチの時間的変化を計測す
る機能を設けてあるため、このモードでは、過去に計測
したピッチの時間的変化を読みだすこともできる。脈波
計測結果のリコールモードでは、第１のセグメント表示
領域１３１に日付が表示され、第２のセグメント表示領
域１３２には現在時刻が表示されている。ドット表示領
域１３４には、「ＲＥＳＵＬＴ／ＲＥＣＡＬＬ」と２秒
間だけ表示され、次に、平均脈拍数の時間的変化を表す
グラフが表示される。

【００５３】このモードから、再度、４時の方向にある
ボタンスイッチ１１２を押すと、矢印Ｐ１で示すよう
に、時計モード（ステップＳＴ１１）に戻る。また、ス
テップＳＴ１２〜ＳＴ１４において、入力がない状態が
１０分間継続したときも、矢印Ｐ２で示すように、時計
モード（ステップＳＴ１１）に自動的に戻る。この時計
モードに戻ったときには、第１のセグメント表示領域１
３１に日付が表示され、第２のセグメント表示領域１３
２に現在時刻が表示される。

【００５４】本例では、時計モードが選択されたとき、
ドット表示領域１３４には、図１２（ａ）に拡大して示
すように、時計モードに戻ったとして「ＴＩＭＥ」と表
示されるが、この案内表示は、図１２（ｂ）に示すよう
に、２秒後に自動的に消え、時計モードの通常状態（ス
テップＳＴ１５）となる。この時計モードの通常状態で
は、ドット表示領域１３４に何も表示されない状態のま
まである。この時計モードにおいて、４時の方向にある
ボタンスイッチ１１２を一段だけ引き出すと、時刻や日
付の修正モードに切り換わる。このように、時刻モード
に戻ったときには、ドット表示領域１３４において、時
計モードが選択されことを案内する「ＴＩＭＥ」との表
示を２秒間だけ行い、２秒後にはこの案内表示を自動的
に消去して、時計モードの通常状態とする。すなわち、
ユーザにモードの案内を行うのに必要最小限の時間だけ
ドット表示し、そこが消えていること自身が時計モード
の通常状態である旨のモード表示とすることによって、
省電力化を図ってある。

【００５５】（脈拍計としてのランニングモード）本例
の腕装着型脈波計測装置１では、いずれの状態からも、
コネクタ部７０に対してコネクタピース８０を装着する
と、図６を参照して説明したように、その旨の信号が制
御部５に自動的に入力される結果、図１１に矢印Ｐ３で
示すように、ランニングモードに移る。このランニング
モードでは、まず、コネクタ部７０に対してコネクタピ
ース８０を装着するという外部操作によって、図１３
（ａ）に示すように、液晶表示装置の第１のセグメント
表示領域１３１に現在時刻が表示され、第２のセグメン
ト表示領域１３２には、「０：００′：００″：００」
と表示され、ドット表示領域１３４には、「ＲＵＮ」と
２秒間だけ表示される。また、第３のセグメント表示領
域１３３でハートのマークが点滅して、脈拍計としての
ランニングモードに切り換わったことを表示する。この
モードの切り換えによって、データ処理部５５に電力が
供給され、また、脈波信号変換部５５１を構成するＡ／
Ｄ変換器に対しては、動作周期の設定などといった初期
化処理が行われる。

【００５６】この初期化処理が開始されて２秒後に、初
期の脈拍数を計測するための脈波信号の取り込みが行わ
れる。そして、脈拍数の初期値が計測された以降、時間
の計測を開始するようにと、装置本体１０表面の上側に
位置するボタンスイッチ１１７が押されるまで待機状態
となる。

【００５７】この待機状態では、ドット表示領域１３４
には、図１３（ｂ）に示すように、脈波信号の原波形が
グラフィック表示される。ここで表示される原波形は、
最新のデータである。なお、第３のセグメント表示領域
１３２には、初期の脈拍数「７５」が表示される。

【００５８】このように、脈波信号の原波形をグラフィ
ック表示するときには、脈波信号の波形が所定の振幅と
なるように増幅されているので、その増幅レベルは、第
１のセグメント領域１３１において、レベル「２」であ
る旨の表示ＭＭが行われる。このため、脈波信号の原波
形は、液晶表示装置１３において適正な大きさでグラフ
ィック表示されるので、利用者は、脈波信号の原波形を
みるとともに、このときの増幅レベルも考慮して、脈波
検出用センサユニット３０の指への装着状態を確認でき
る。

【００５９】このとき、たとえば、液晶表示装置１３で
ＥＬのバックライトを点灯すると、電源電圧が低下する
ので、脈波信号を正確に検出できない。そこで、本例で
は、新たに計測した脈波信号の原波形をグラフィック表
示するのに代えて、図７を参照して説明したように、ダ
ミー信号発生部５６２から出力されたダミー信号に基づ
く波形をグラフィック表示する。

【００６０】この状態から、マラソンをスタートすると
同時に、装置本体１０表面の上側に位置するボタンスイ
ッチ１１７を押すと、時間の計測が開始されるととも
に、脈拍数の計測が継続される。

【００６１】これらの計測結果は、図１４（ｃ）に示す
ように、まず、第２のセグメント表示領域１３２に経過
時間が表示され、ドット表示領域１３４には、脈拍数の
時間的変化がグラフィック表示される。さらに、第３の
セグメント表示領域１３３には、ドット表示領域１３４
に表示されたグラフの縦軸の目盛りを表す数値「１５
０」「１７２」、及び横軸のフルスケールを表す「３ｈ
ｒ」が表示される。また、第３のセグメント表示領域１
３３には、現在の脈拍数、トレーニング中の実績から設
定された脈拍数の目標値なども表示される。そのうち
に、脈拍数が所定の範囲にまで到達すると、脈拍数は、
予め設定された値に対する差としてグラフィック表示さ
れる。

【００６２】この間に８時方向にあるボタンスイッチ１
１４を押すと、ドット表示領域１３４にピッチの時間的
変化が表示され、再び、８時方向にあるボタンスイッチ
１１４を押すと、ドット表示領域１３４に脈拍数の時間
的変化が表示される状態に戻る。また、所定の通過点を
通るとき、装置本体１０表面の下側に位置するボタンス
イッチ１１６を押すと、そのときのラップタイムが第１
のセグメント表示領域１３１に表示される。

【００６３】ゴールに到着すると同時に装置本体１０表
面の上側に位置するボタンスイッチ１１７を押すと、ピ
ッチ、及び時間の計測が停止し、ドット表示領域１３４
には、「ＣＯＯＬＩＮＧ／ＤＯＷＮ」と表示される。こ
の状態から２分経過すると、ドット表示領域１３４に
は、ゴールした以降の脈拍数の時間的変化が脈拍回復特
性としてグラフィック表示される。

【００６４】（実施例の主な効果）以上説明したよう
に、本例の腕装着型脈波計測装置１では、液晶表示装置
１３においてＥＬバックライトを点灯したとき、ブザー
音を発生させたとき、ゲインを調整したとき、コネクタ
部７０／コネクタピース８０において一時的オープンが
発生したときなど、脈波信号として検出した信号が異常
に変化するときには、所定の時間だけ、周波数分析結果
からの脈波信号の特定・抽出に支障のないダミー信号が
入力されることになる。それ故、周波数分析結果から脈
拍数を求めることに支障がなく、表示制御部５３は、脈
拍数を液晶表示装置１３に表示し続けることができるの
で、エラー表示が出にくく、使い勝手がよい。また、か
かるときでも、ダミー信号に基づいて原波形を液晶表示
装置１３にグラフィック表示するので、乱れた波形を表
示しなくて済む。

【００６５】（その他の実施例）なお、本例では、生体
から脈波信号を検出するにあたって、指から検出した
が、手首の回りでもよく、その場所には限定がない。ま
た、検出方法についても、光学的に検出する方法の他
に、圧力センサなどを利用したものでもよい。

【００６６】また、本例では、脈波信号から脈拍数を求
め、それを表示する場合について説明したが、体動を加
速度センサ（センサ手段）などによって検出し、その検
出結果に周波数分析を行ってピッチを計測するピッチ計
において、体動信号を検出できない時間だけダミー信号
に基づく処理を行ってもよい。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る周期
・周波数計測装置では、重負荷時など信号の検出に支障
が生じるときには、検出信号に基づく処理に代えて、ダ
ミー信号に基づく処理を行うことに特徴を有する。従っ
て、本発明によれば、検出信号が乱れるときでも、周波
数分析結果から目的の信号を特定・抽出するのに支障の
ないダミー信号が入力されるので、周波数分析結果から
脈拍数やピッチなどを求め続けることができる。それ
故、表示装置に脈拍数やピッチなどを表示するのに支障
がなく、エラー表示が出にくいので、使い勝手がよい。

【００６８】また、検出信号が乱れる期間は、ダミー信
号に基づいて表示装置に原波形をグラフィック表示し続
けるので、乱れた波形を表示しなくて済む。

【００６９】特に、ダミー信号として直前の信号を用い
た場合には、表示される脈波や体動の波形が不自然に変
化しないという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る腕装着型脈波計測装置
の全体構成、及び使用状態を示す説明図である。

【図２】図１に示す腕装着型脈波計測装置の装置本体の
平面図である。

【図３】図１に示す腕装着型脈波計測装置の装置本体を
腕時計の３時の方向からみたときの説明図である。

【図４】図１に示す腕装着型脈波計測装置に用いた脈波
検出用センサユニットの断面図である。

【図５】図１に示す腕装着型脈波計測装置に用いた脈波
検出用センサユニットを指に装着した状態を示す説明図
である。

【図６】図１に示す腕装着型脈波計測装置のコネクタ部
における電気的な接続関係を示す説明図である。

【図７】図１に示す腕装着型脈波計測装置の制御部の機
能を示すブロック図である。

【図８】（ａ）は、正常な脈波信号を模式的に示す波形
図、（ｂ）は、それを周波数分析したときのスペクトラ
ムである。

【図９】（ａ）は、重負荷時に脈波信号として検出した
信号が乱れたことを模式的に示す波形図、（ｂ）は、そ
れを周波数分析したときのスペクトラムである。

【図１０】（ａ）は、脈波信号として検出した信号が乱
れた期間、ダミー信号を出力したときの波形図、（ｂ）
は、それを周波数分析したときのスペクトラムである。

【図１１】図１に示す腕装着型脈波計測装置のモード切
換部の機能を説明するために、腕装着型脈波計測装置の
各モードを示す説明図である。

【図１２】（ａ）は、図１１に示すモードのうち時計モ
ードが選択されたときの案内表示を示す説明図、（ｂ）
は、この案内表示が消えた状態を示す説明図である。

【図１３】（ａ）は、図１１に示すモードのうち脈拍計
としてのランニングモードに切り換わったときの表示内
容を示す説明図、（ｂ）は、このモードにおいて計測を
開始する前の表示内容を示す説明図、（ｃ）は、このモ
ードにおいて計測を開始した後の表示内容を示す説明図
である。

【符号の説明】

１・・・腕装着型脈波計測装置（脈波計測装置）５・・・制御部１０・・・装置本体１２・・・リストバンド１３・・・液晶表示装置（表示部）２０・・・ケーブル３０・・・脈波検出用センサユニット３１・・・ＬＥＤ３２・・・フォトトランジスタ５３・・・表示制御部５５・・・データ処理部７０・・・コネクタ部８０・・・コネクタピース５５３・・・周波数分析部５６０・・・入力信号切換部５６２・・・ダミー信号発生部５７１・・・割り込み動作監視部５８０・・・異常監視部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】脈波や体動などの時間的変化を検出する
センサ手段と、該センサ手段が検出した波形信号に周波
数分析を行い、該周波数分析結果に基づいて脈拍数やピ
ッチなどの情報を求めるデータ処理手段と、該データ処
理手段が求めた情報を表示装置に表示する表示制御手段
とを有する周期・周波数計測装置において、前記波形信号の乱れの原因となるような割り込み動作が
開始されるか否かを監視する割り込み動作監視手段と、前記割り込み動作が開始されるときに前記データ処理手
段に入力されるべきダミー信号を発生するダミー信号発
生手段と、前記割り込み動作監視手段の監視結果において前記割り
込み動作が開始されると判断したときに前記センサ手段
の検出結果に代えて前記ダミー信号を前記データ処理手
段に所定の時間入力する入力信号切換手段とを有するこ
とを特徴とする周期・周波数計測装置。
【請求項２】請求項１において、前記割り込み動作
は、前記表示装置としての液晶表示装置において外部操
作により行われるバックライトの点灯、または報知音の
発生等の重負荷を伴う動作であることを特徴とする脈波
計測装置。
【請求項３】脈波や体動などの時間的変化を検出する
センサ手段と、該センサ手段が検出した波形信号に周波
数分析を行い、該周波数分析結果に基づいて脈拍数やピ
ッチなどの情報を求めるデータ処理手段と、該データ処
理手段が求めた情報を表示装置に表示する表示制御手段
とを有する周期・周波数計測装置において、前記波形信号の乱れの原因となるような異常が発生した
か否かを監視する異常監視手段と、前記異常が発生したときに前記データ処理手段に入力さ
れるべきダミー信号を発生するダミー信号発生手段と、該異常監視手段の監視結果から前記異常が発生したと判
断したときに前記センサ手段の検出結果に代えて前記ダ
ミー信号を前記データ処理手段に所定の時間入力する入
力信号切換手段とを有することを特徴とする周期・周波
数計測装置。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかの項におい
て、前記表示制御手段は、前記波形信号の原波形を前記
表示装置にグラフィック表示しているときに、前記セン
サ手段の検出結果に代えて前記ダミー信号が前記データ
処理手段に入力されたときには前記原波形に代えて前記
ダミー信号に基づく波形を前記表示装置に表示するよう
に構成されていることを特徴とする周期・周波数計測装
置。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかの項におい
て、前記ダミー信号発生手段は、前記波形信号の乱れの
原因が発生する直前に前記センサ手段が検出した波形信
号を前記ダミー信号として出力するように構成されてい
ることを特徴とする周期・周波数計測装置。