WO1997014971A1 - Measuring instrument, portable electronic equipment and measuring method - Google Patents

Description

明 細 害 発明の名称 計測装置、 携帯型電子機器および計測方法 技術分野

本発明は、 脈波や体動などによって周期的に変動する被検出量をセ ンサによ って検出 し、 その値を周波数分析して周期あるいは周波数を 出力値と して導出 して脈拍数や体動のピ ッチな どを求め られる計測装 置および計測方法に関 し、 特に、 携帯型電子機器などの小型の機器に 搭載ある いは適用するのに適 した計測装置および計測方法に関する も のである。 背景技術

脈拍や体の動き （体動） な ど要因によって周期的に変動する被検出 量、 例えば、 脈波や加速度な どをセンサで検出 し、 そのデータ に基づ いて脈拍数や体動のピ ッチなどを求める際に、 所定の時間単位で検出 されたデータ に周波数分析を行い、 その分析結果を用いる こ とが検討 されている。 周波数分析す る際は、 検出されたデータ をデジタ ル化 し てマイ ク ロ プロセ ッサなどのデジタル演算の可能な装置を用いて高速 フー リ エ変換 （ F F T ) 処理を行う こ とか'可能であ り 、 小型で簡易な 構成の装置でも分析処理を高速で行う こ とがで き る。 デジタル処理さ れた分析結果は、 例えば、 図 1 5 に示すよ う な離散的な線スペク ト ル 群と して表すこ とがで き る。 すなわち、 サンプリ ング可能な周波数範 囲 （サンプリ ング周波数） が 4 H z で 6 ビ ッ トのサンプリ ング用のァ ド レ スが用意でき るのであれば 6 4個のサンプリ ングポィ ン ト を用意 でき る。 このため、 周波数分析の結果と して 1 / 1 6 H z の分解能を 持っ た周波数を出力値 と して得る こ とがで き る。 例えば、 3 2 個目 の ァ ド レ ス に ビーク を持つ線ス ぺク ト ルが分析結果 と して得 ら れたので あれば、 検出さ れたデータ は 2 H z の周波数を持つデ一夕 であ り 、 脈 拍に よ って変動す る脈波を被検出量を計測 したのであれば 1 2 0 拍 / 分の脈拍数を測定で き た こ と になる 。

しか しながら 、 次の計測で 3 3 個 目 のァ ド レ ス に ピーク を持つ線ス ベク ト ルが得 られる と 、 それに よ る脈拍数は 1 2 3 . 7 5 拍 /分であ り 、 デジタ ル化 （整数化） す る と 1 2 3 拍 /分と なる。 すなわち、 上 記の シス テムでは、 1 2 0 〜 1 2 3 拍 /分の間の脈拍数は出力 されな い。 この よ う に、 周波数分析に よ っ て得 ら れた線スペク ト ルの周波数 か ら その ま ま脈拍数を算出す る と得 ら れる値が不 自然であ り 、 精度が 低い。 上記の例では、 線スぺク ト ルの間隔 （分解能） であ る 1 / 1 6 H z を脈拍数の換算 した値、 すなわ ち、 3 . 7 5 拍 /分毎の値、 あ る いは これを整数化 した値が得 ら れる だけにな つて し ま う 。

出力 される脈拍数の精度を高め る には、 周波数分析に よ っ て得 られ る分解能を高めれば良い。 例え ば、 サ ン プ リ ン グ点数を増や して、 サ ンブ リ ン グ周波数 とサ ン プ リ ン グ点数 と の積で表されるデータ の取 り 込み時間を延長す る こ と に よ っ て分解能を高 く す る こ とがで き る。 し しながら 、 脈拍数や体動ピ ッ チな どは周波数が低いため、 周波数分析 を行え る程度の量のデータ を蓄積す るサ ンプ リ ン グ時間が長 く な る傾 向にある。 前記の条件で脈波を計測す る場合で も 1 サイ ク ル当 た り 1 6 秒間程度の長いデータ取 り 込み時間が必要であ る 。 従って 、 サ ン プ リ ン グ点数を増や してデータ の取 り 込み時間を さ ら に延長する と、 脈 拍数を更新す る ために必要が時間が非常に長 く な り 、 表示さ れて い る 脈拍数は、 かな り 前の計測結果にな って し ま う 。 従っ て 、 腕に装着 し て リ アルタ イ ムで脈拍数を表示する よ う な携帯型の脈拍計あ る いは脈 拍計測機能を備えた携帯型電子機器においては、 脈拍の変動を リ アル タ イ ムで表示する こ とがで きず不便であ り 、 自 己の身体条件の把握す る こ と も難しい。

さ ら に、 サンプリ ング点数を増やすこ と によ り 、 サンプリ ングする データ量も増加するので、 周波数分析を行う処理時間も長 く なる。 ま た、 サンプリ ング用のア ド レス も増やす必要があるので、 装置が大型 化した り 、 高価になる原因 となる。 さ ら に、 サンプリ ング点数を増加 するためだけにア ド レ スを増やすこ とになる と、 同時に搭載されてい る他の機構、 例えば、 計時機構な どではオーバースペ ッ ク とな るプロ セ ッサを搭載しなければな らないな どの問題も発生する。

また、 サンプリ ング点数を増やすと、 ノ ソコ ン （パーソナルコ ン ピュータ ） などの処理装置で解析する場合にも、 パ ソ コ ン に転送し、 処理するデ一夕量が増加する こ とにな り 、 処理速度が低下する原因に もなる。

そこで、 本発明においては、 サンプリ ン グ点数を増やさずに脈拍数 や体動の ピ ッチな どの出力値を高精度で得る こ とがで き、 よ り 自然な 値を出力する こ とがで きる計測装置および計測方法を提供する こ とを 目的と している。 また、 サンプリ ング点数を増やさずに精度の高い出 力値を表示で きる よ う にする こ とによ り 、 データ の取 り込み時間ゃ処 理時間を延ばさずに短期間でデータ を処理 し、 携帯型の装置では リ ア ルタ イ ムで、 また、 パソコ ンな どの処理装置においては高速で脈拍数 や体動の ピ ッチを出力で き る計測装置および計測方法を提供する こ と も本発明の目的と している。 さ らに、 脈拍数やピ ッチなどの計測機能 に加え複数の機能が搭載された電子機器において も、 本発明によ り 簡 易な構成で精度の高い値が得られ、 コ ンパク ト で安価な携帯型の電子 機器を提供する こ とを 目的と している。 発明の開示

本発明においては、 サンプリ ング点数を増やさずに精度の高い出力 値を得る ために、 周波数分析を行った と きに ピークの両側に現れるサ イ ド ローブの値を用いて ピーク を示す出力値を補正するよ う に してい る。 すなわち、 本発明の計測装置は、 セ ンサから得られた周期的に変 化する検出データ を周波数分析 し、 分析結果が所定の分解能のデジタ ルデータ と して得られる分析手段と、 周期ま たは周波数を出力値と し て分析結果から導出する導出手段と を有 し、 この導出手段が、 分析結 果の中で ピーク を示す出力値を、 ピークに隣接 して現れる少な く と も 一方の側のサイ ド ロ一ブを示す出力値を用いて補正し、 分解能よ り も 細かい精度で検出データの出力値を導出で き るよ う に している。

検出データ を周波数分析する と、 分析手段の分解能によって決ま る デジタル値、 すなわち、 あるサンプリ ングポイ ン ト （ア ド レス） と検 出データ の周波数が一致する場合は、 そのァ ド レスに非常に鋭いピー クが得られる。 これに対し、 検出デ一夕の周波数がア ド レス と一致 し ていない と き、 すなわち、 2 つのア ド レスの間に検出デ一夕の周波数 がある場合は、 ピークの両側に ピークに隣接 してサイ ド ロ一ブを示す サブピークが現れる。 従って、 サイ ド ローブのア ド レ スから導かれる 出力値 （サイ ド ロ一ブを示す出力値） を用いて ピークのア ド レスから 導かれる 出力値 （ア ド レス を示す出力値） を補正する こ とが可能であ り 、 ピークを示す出力値とサイ ド コープを示す出力値の間にある検出 データの出力値を よ り 高い精度で導出する こ とがで き る。

このよ う に、 本発明の計測装置は、 サンプリ ングポイ ン ト を増やさ ずに分解能よ り も高い精度で検出データ の出力値を得る こ とがで き る ので、 データ の取 り 込み時間や処理時間を延ばさずに短期間でデータ を処理 し、 よ り 自 然な値を 出力 する こ と がで き る 。 従って、 セ ンサか ら の信号を処理可能な制御装置 と、 こ の制御装置か ら の出力を表示可 能な表示装置 と を有 し、 制御装置が上記の分析機能 と 導出機能を備え てお り 、 周期的な検出データ を 計測す る機能に加えて他の機能も搭載 可能な携帯型の電子機器において も 、 リ アルタ イ ムで脈拍数や体動の ピ ッ チな どの値を 出力する こ と がで き、 さ ら に、 コ ンパク ト で安価な 構成を採用する こ とがで き る。

サイ ド ロ ーブを 用 いて補正す る 方法 と して 、 ピーク とサイ ド ロ 一ブ の強度をパタ ー ン化 して照合 しなが ら補正す る 方法な ども 考え られる が、 導出手段に、 ピーク の両側のサイ ド ロー ブの強度 を比較 して補正 の対象と なるサイ ド ロ ーブを特定す る補正方向判定手段と、 ピーク の 強度 と補正の対象 と して特定さ れたサイ ド ロ ーブの強度を比較 して補 正量を求め、 ピーク を示す出力値を補正する補正量算出手段と を設け る こ と に よ り 、 簡単な処理で補正 *および補正の 方向 を求める こ とが で き る。

ま た、 補正量算出手段では、 分解能の半値に近いデジ タ ル値を補正 量の最大 と し、 ピーク の強度に対す る補正の対象 と して特定さ れたサ ィ ド ロー ブの強度の比を所定の関数に よ り デジタ ル値に変換 し、 補正 量を算出する こ と によ り 、 適当 な補正量を短時間に決定す る こ とがで き る 。

こ の よ う なサイ ド ローブを用いて ピーク を示す出力値を補正 し精度 良 く 検出データ の出力値を求め る方法は、 パ ソ コ ン な どの処理装置に おいて検出データ を解析する場合に も適用する こ とがで き る。 すなわ ち、 本発明において は、 以下の よ う なステ ッ プを有す る計測方法を提 供する こ とがで き る。

1 . セ ンサか ら得 られた周期的に変化する検出データ を周波数分析 し、 分析結果が所定の分解能のデジタルデータ と して得る分析工程。

2 . 周期ま たは周波数を出力値と して分析結果から導出する際に、 分 析結果の中で ピークを示す出力値を、 ピークに隣接 して現れる少な く とも一方の側のサイ ド ローブを示す出力値を用いて補正 し、 分解能よ り も細かい精度で検出データの出力値を導出する導出工程。

上記の計測装置と 同様に、 導出工程では、 ピーク の両側のサイ ド ローブの強度を比較 して補正の対象となるサイ ド ローブを特定する補 正方向判定工程と、 ピークの強度と補正の対象と して特定されたサイ ド ローブの強度を比較 して補正量を求め、 ピ一ク を示す出力値を補正 する補正量算出工程と を設ける こ とによ り短時間で補正処理が可能で ある。 さ らに、 補正量算出工程では、 分解能の半値に近いデジタル値 を補正量の最大と し、 ピークの強度に対する補正の対象と して特定さ れたサイ ド ローブの強度の比を所定の関数によ り デジタル値に変換し、 補正量を算出する こ と によ り 的確な補正量を短時間に算出する こ とが で き る。

このよ う な本発明の計測方法は、 上記の工程を備えた ソ フ ト ウ エア と して提供する こ とが可能であ り 、 磁気記録媒体や R O Mなどのコ ン ビュータ あるいはマイ ク ロ プロセ ッサ等に読み取 り 可能な媒体に記憶 させて提供する こ とがで き る。 図面の簡単な説明

図 1 は、 本発明の計測方法を用いた脈拍数測定機能を搭載 した携帯 用電子機器の外観および使用状態を示す説明図である。 図 2 は、 図 1 に示す携帯用電子機器の概略構成を示すプロ ッ ク図で ある。 図 3は、 図 1 に示す電子機器に搭載された脈波デ一夕処理部の概略 構成を示すプロ ッ ク図である。 図 4は、 図 3 に示す脈波データ処理部において、 脈波信号を周波数 分析 した後のスぺク ト ルを模式的に示す説明図である。 図 5は、 本発明の補正原理を説明するためにサンプル波の波形およ びその周波数分析の結果を示す図であ り 、 図 5 ( a ) は、 9 . 0 H z のサンプル波を示す波形図、 図 5 ( b ) は、 サンブル波を検出 した検 出データ を周波数分析した と きの分析結果 （スペク トル） である。 図 6は、 図 5 と同 じ目的の図であ り 、 図 6 ( a ) は、 9 . 3 H zの サンプル波を示す波形図、 図 6 ( b ) は、 その分析結果 （スぺク ト ル） である。 図 7は、 図 5 と同 じ 目的の図であ り 、 図 7 ( a ) は、 9 . 5 H zの サンプル波を示す波形図、 図 7 ( b ) は、 その分析結果 （スぺク ト ル ） である。 図 8は、 図 5 と同 じ目的の図であ り 、 図 8 ( a ) は、 9 . 8 H zの サンプル波を示す波形図、 図 8 ( b ) は、 その分析結果 （スぺク ト ル） である。 図 9は、 図 5 と同 じ目的の図であ り 、 図 9 ( a ) は、 1 0 . 0 H z のサンプル波を示す波形図、 図 9 ( b ) は、 その分析結果 （スぺク ト ル） である。 図 1 0 は、 図 5 から図 9 を纏めて、 サンプル波の周波数が 9 . 0 H z から 1 0 H z に変化させた と き に 9 H z の位置に出現する線スぺク トルの強度、 および 1 0 H z の位置に出現する線スペク トルの強度の 変化を示すグラ フである。 図 1 1 は、 本例の脈波データ処理部における処理を示すフ ローチ ヤー トである。 図 1 2 は、 図 1 に示す携帯用電子機器の装置本体の平面図である。 図 1 3 は、 図 1 に示す携帯用電子機器の装置本体を腕時計の 3 時方 向か らみた と きの説明図である。 図 1 4 は、 図 1 に示す携帯用電子機器に用いた脈波検出用セ ンサュ ニ ッ ト の断面図である。 図 1 5 は、 周期的に変化する検出データ を周波数分析 した結果の一 例を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

次に、 図面を参照 して本発明の実施の形態の一例を説明する。

図 1 に、 本発明の計測機能を備えた腕装着型の携帯用電子機器を示 してある。 この携帯用電子機器 1 は、 腕時計と して使用で きる計時機 能に加え、 脈波を計測 して表示で き る脈拍数測定機能を備えてお り 、 脈波から脈拍数を導出する際に本発明の計測方法を適用で きる よ う に なっている。 本図に示すよ う に、 本例の携帯用電子機器 1 は、 腕時計 構造を有する装置本体 1 0 を備えてお り 、 この本体 1 0の内部に、 上 述した各機能を実現するための制御部 5 などが収納されている。 本体 1 0 の表面には時刻、 脈拍数な どの様々なデータ を表示する と共に ユーザーィ ン夕 フ ェースの機能を果たす液晶表示体 1 3が設け られて お り 、 さ らに、 本体 1 0の表面および側面には各機能を操作するため の複数の操作スィ ッチ 1 1 1 、 1 1 2 、 1 1 3、 1 1 4、 1 1 5、 1 1 6および 1 1 7が設け られて いる。 ま た、 本体 1 0 には、 ケーブル 2 0 を介 して脈波検出用セ ンサュニ ッ ト 3 0が装着されてお り 、 指先 から脈波を検出で き るよ う になつている。 このよ う な本体 1 0 には、 腕時計における 1 2時方向 （以降において、 本体 1 0 に関する向きは 全て時刻方向で示すこ と とする ） か ら腕に巻きついて 6時方向で固定 される リ ス ト バン ド 1 2が設け られお り 、 装置本体 1 0 をユーザーの 腕に着脱自在に装着で き る よ う になっている。

図 2 に、 本例の電子機器 1 の概略構成を ブロ ッ ク図によって示 して ある。 本例の電子機器 1 は、 マイ ク ロ プロセ ッサなどによ って構成さ れる制御部 5 を中心に構成されてお り 、 この制御部 5で処理を行う た めのプロ グラムやデータ な どが予め記憶された R O M 3 と、 処理上の 一次記憶領域や計測されたデ一夕な どを蓄積するために用い られる R AM 4 と、 制御部 5 を操作する ための操作部 2 を備えてい る。 操作部 2は、 上述したよ う に本体 1 0の表面あるいは周囲に設け られた各種 のスイ ッチ 1 1 1 〜 1 1 7 を備えている。 また、 本例の電子機器 1 は、 上述 したよ う にユーザ一ィ ン夕 フ ェース用の液晶パ ネ ル 1 3を備えて お り 、 この液晶パネル 1 3 に時刻、 計測されたデ一夕 さ ら には処理 モー ド な どの情報が表示さ れる よ う にな ってい る 。

本例の電子機器 1 は、 さ ら に、 計時用の発振機能、 時刻お よび日付 を計測す る な どを有す る リ アルタ イ ム ク ロ ッ ク （ R T C ) ユニ ッ ト 6 を備 えてお り 、 こ の R T C ユニ ッ ト 6 の機能を活か して、 時計あ る い はス ト ッ プウ ォ ッ チ と しての計時処理を行う 計時処理部 6 0 が構成さ れて いる。 ま た、 本例の電子機器 1 は、 本体 1 0 とケーブル 2 0 で接 続さ れた脈波セ ンサ 3 0 か ら の信号を制御部 5 に よ っ て処理する こ と に よ り 脈拍計測を行え る脈波データ 処理部 5 5 を備えてい る。 脈波データ処理部につ いて

図 3 に、 本例の脈波データ 処理部 5 5 の構成を さ ら に詳 し く 示 して ある。 本例の脈波データ処理部 5 5 は、 脈波検出用セ ンサユニ ッ ト 3 0 か らの入力結果に基づいて脈拍数を求め、 その値を液晶表示装 S 1 3 に表示で き る よ う に な って レゝ る。

本例の脈波データ処理部 5 5 は、 詳 し く は後述する よ う に指に装着 して脈波をアナ ロ グ信号 と して検出で き る脈波検出用セ ンサュニ ッ ト 3 0 を備え てお り 、 こ の脈波検出用セ ンサュニ ッ ト 3 0 か ら ケーブル 2 0 を介 して 本体 1 0 に収納さ れた制御部 5 のオペア ンプ 5 5 1 に ァ ナ ロ グ信号を供給で き る よ う に な つ てい る。 脈波検出用セ ンサュニ ッ ト 3 0 に よ って検出さ れた アナ ロ グ信号の検出データ はオペア ン プ 5 5 1 で増幅さ れ、 制御部 5 のサ ン プルホール ド 回路 5 5 2 に よ って周 波数毎にサ ン プ リ ン グさ れる 。 サ ン プ リ ン グさ れた結果は制御部 5 の A / D コ ンパ一夕 5 5 3 に よ っ てデジ夕 ル信号化され、 R A M 4 の脈 波データ 記憶部 5 5 4 に一時的に蓄積さ れる。 こ の脈波データ 記憶部 5 5 4 に蓄稜されたデータ が周波数分析さ れ脈拍が求め ら れる。 ま た 脈波データ 記憶部 5 5 4 に蓄積されたデータ をパ ソ コ ンな どの処理装 置に転送 した り 、 あ る いは記憶媒体を介 して供給する こ と によ り 処理 装置によ っ てデ一夕解析する こ と も も ち ろ ん可能であ る。

本例の脈波データ 処理部 5 5 は、 さ ら に、 制御部 5 の C P U 5 1 に 脈波データ 記憶部 5 5 4 に記億されてい るデータ に対 し周波数分析 と して の高速フ ー リ エ変換 （ F F T処理） を行なっ て分析結果を得る こ とがで き るデータ 分析部 5 2 と、 分析さ れた結果か ら脈拍数を導出す る脈拍数導出部 5 4 を備えてい る。 データ 分析部 5 2 は、 F F T処理 を行 う 周波数分析部 5 2 と、 その周波数分析結果か ら後述する ピーク のア ド レ ス や強度、 およびサイ ド ロ 一ブのア ド レ スや強度を抽出 して 脈拍数導出部 5 4 に供給す る脈波成分抽出部 5 3 を備えて い る 。 そ し て、 脈拍数導出部 5 4 で脈波検出用セ ンサュニ ッ ト 3 0 か ら得 ら れた 検出データ の周波数を算出 し、 その周波数か ら脈拍数が得 ら れる よ う に してい る。

本例の脈波データ 処理部 5 5 において は、 サ ンプ リ ン グ周波数が 8 H z でサ ン プ リ ン グ用のア ド レ ス と して 7 ビ ッ ト （ 1 2 8 ポイ ン ト ） を使用で き る 汎用的なサ ン プルホール ド 回路 5 5 2 が採用 さ れてお り 、 こ のサン プルホール ド 回路 5 5 2 に よ っ てサ ンプ リ ン グさ れたデ一夕 の内、 脈拍数に して 0 〜 2 4 0 拍 /分にあた る 4 H z 、 6 4個のア ド レス （ 6 4 サ ンプ リ ン グポイ ン ト ） を周波数分析および分析結果の評 価に用い ら れて い る。 従って、 周波数分析部 5 2 1 に よ って周波数分 析を した結果得ら れるデジタ ルデータ は 1 / 1 6 H z の分解能を備え た離散的なデ一夕 とな り 、 線スペク ト ルによ って表す と図 4 ( a ) に 示す よ う に、 1 / 1 6 H z の間隔を も っ て離散的に 出現する 6 4 本の 線ス ペク ト ル とな る。 こ のため、 分析結果の最大値 （ ピーク ） を示す ア ド レス を単純に脈拍数に変換する と、 分解能であ る 1 / 1 6 H z を 脈拍数に換算 した値毎の結果、 すなわち、 3 . 7 5拍 /分毎の値が得 られる。 しか しながら、 こ の精度では、 上述 した よ う に精度が低 く 、 脈拍数を リ アルタ イ ムで表示 した と きな どに表示が不自然になって し ま う 。

このため、 本例の脈波データ処理部 5 5 においては、 脈拍数を導出 する脈拍導出部 5 4に、 図 4 ( b ) に示すよ う に ピーク P I に隣接 し て両側に現れるサイ ド ロ一ブ P 2および P 3 に着目 し、 これらのサイ ド ロ一ブ P 2および P 3から ピーク P 1 を示す周波数を補正する方向 ( +方向あるいは—方向） を判断する補正方向判定部 5 4 1 と、 サイ ド ロ一ブ P 2 および P 3の強度を ピーク P 1 の強度と比較 して補正量 を求める補正量算出部 5 4 2 を設けてある。

詳し く は後述するが、 本例の補正方向判定部 5 4 1 においては、 サ ィ ド ローブ P 2および P 3の強度を比較 して、 これらの中から補正の 対象とな るサイ ド ロ一ブを特定 し、 特定されたサイ ド ローブ、 例えば、 図 4 ( b ) においてはサイ ド ロ一ブ P 2の方向、 すなわち、 +方向を 補正の方向と判定している。 そ して、 補正量算出部 5 4 2 においては、 特定されたサイ ド ロ一ブ P 2の強度と ピーク P 1 の強度を比較 して補 正量を算出 している。 補正量は、 検出データ の周波数 （以降において は、 オ リ ジナル周波数） がサイ ド ローブ P 2 に近ければサイ ド ローブ P 2 の位置がピーク P 1 になる こ と を考慮 し、 最大値を分解能の半値 に近いデジタ ル値に設定するよ う に している。 本例の脈拍数導出部 5 4においては、 脈拍数を整数で出力する よ う に してお り 、 分解能が上 述したよ う に 3 . 7 5拍 /分であるので、 補正の最大値を 2 に設定 し てある。 また、 特定さ れたサイ ド ローブ P 2 の強度と ピーク P 1 の強 度を比較 し、 これらの比 R pが 1 / 4以下であれば補正値 D i f f は 0、 R pが 1 / 4〜 1 / 2 であれば補正値 D i f f は 1 、 さ ら に、 R Pが 1 / 2以下であれば最大値の 2 を補正値 D i ： f と して求められ る よ う な関数を用 いて補正値を求め る よ う に して い る。 本例において は、 こ の関数を アルゴ リ ズム を 用いて実現 して い る 。 補正の概要

脈拍数導出部 5 4において行う 具体的な処理を説明す る前に、 ピー ク のスぺク ト ルの両サイ ド に出現す る隣接スぺク ト ルであ るサイ ド ローブを利用 して補正で き る概要を説明する。 なお、 以下において は 補正の概要を説明 し易 く する た めに 1 H zの分解能を備え たサ ン プ リ ング手段に よ ってデータ をサ ン プ リ ング し、 周波数分析 した結果を 用 いて説明 して いる 。 さ ら に、 サ ン プル波 と して周波数が 9 H z か ら 1 0 H z ま で変化す る波を対象に してお り 、 こ のサ ン プル波を所定のサ ンプ リ ン グ数だけサ ン プ リ ン グ してデジタ ルデータ に変換 し、 さ ら に . F F T処理を行っ た結果を分析結果 と して示 して あ る。 ま た、 分析結 果は線ス ぺク ト ルを用いて 示 してあ り 、 線ス ぺク ト ルは 1 H z の間隔 で離間的に 出現 してい る。

図 5は、 図 5 ( a ) に示 し た周波数 9 . 0 H zのサ ン プル波を周波 数分析 した結果を図 5 ( b ) に示 してあ り 、 本図か ら 判る よ う に、 9 . 0 H zのサ ン プル波を検出 した検出データ を周波数分析す る と、 9 H zの位置に鋭い ピーク を示す線スぺク ト ル P 1が出現する 。

これに対 して 、 図 6に示す よ う に、 周波数 9 . 3 H zのサ ン ブル波 を検出 した検出データ を周波数分析する と 9 H zの位置に ピーク を 示 す線スペク ト ル P 1 が出現する と と も に、 こ のス ペク ト ルの両サイ ド の 1 0 H zお よび 8 H zの位置に線スペク ト ル P 1 よ り 強度の 小さ な サイ ド ロ ーブを示す線スペク ト ル P 2お よび P 3が出現す る。 ま た、 1 0 H z の位置に 出現 した線スぺク ト ル P 2 の強度は、 8 H zの位置 に出現 した線スぺク ト ル P 3の強度よ り も大き く 、 ピーク P 1 よ り も +側に強度の高いサイ ド ロ 一ブを 示す線スぺク ト ル P 2 が得 ら れて い るのが判る。

さ ら に、 図 7 に示すよ う に、 周波数 9 . 5 H z のサン プル波を検出 した検出データ を周波数分析 し た結果は、 9 H z の位置に ピーク を示 す線スぺク ト ル P 1 が出現する と と も に、 こ のスぺク ト ルの両サイ ド にサイ ド ロ一 ブを 示す線ス ぺク ト ル P 2 およ び P 3 が現れる。 本例に おいては、 1 O H z のサイ ド ロ ーブの線スペク ト ル P 2 の強度が、 8 H z のサイ ド ロー ブの線スぺク ト ル P 3 の強度よ り も かな り 大き く 、 さ ら に、 図 6 に示 した 1 O H z のサイ ド ロー ブの線スペク ト ル P 2 の 強度よ り も 大き く 、 9 H z の位置の ピーク の線ス ぺク ト ル P 1 の強度 にほ と ん ど等 しい程度にな っ て いる。

図 8 に示すよ う に、 周波数がさ ら に 1 0 . O H z に近づいた周波数 9 . 8 H z のサ ン プル波を検出 した検出デ一夕 を周波数分析する と 、 その結果は、 1 O H z の位置に ピーク を 示す線スぺク ト ル P 1 が移動 し、 このスペク ト ルの両サイ ド の 1 1 H z お よび 9 H z の位置にサイ ド ロ 一ブを示す線スぺ ク ト ル P 2 および P 3 が移動す る。 こ れ ら のサ ィ ド ロ一ブを 示す線ス ぺク ト ル P 2 お よび P 3 の強度を比較す る と、 一 方向であ る 9 H z の線ス ペク ト ル P 3 の方が大き く なつ て い る。 さ ら に、 図 9 に示すよ う に、 周波数 1 0 . O H z のサ ンプル波を検 出 した検出データ を周波数分析す る と 1 O H z の位置に鋭い ピーク を 示す線スぺク ト ル P 1 が現れ、 サイ ド ロ 一ブを示す線スぺク ト ルはほ とん ど現れない。

こ れ ら の結果を纏める と、 図 1 0 に示すよ う に、 周波数が 9 . 0 H z か ら 1 O H z に変化するサ ン ブル波を検出 したデータ を周波数分析 の出力で見る と、 サ ン プル波の周波数が増加す る に従って、 9 H z の 位置に出現 した線スペク ト ルの強度は、 図 1 0 に実線で示すよ う に 徐々 に小さ く な る。 こ れに対 し 、 1 0 H zの位置に出現 した線スぺク ト ルの強度は一点鎖線で示すよ う に徐々 に大 き く なつ て い く 。 こ の よ う な結果よ り 、 た と えば、 図 6 ( b ) に示すよ う な分析結果が得 ら れ た と きは、 ピーク を示す線スペク ト ル P 1 の周波数 9 H z に対 し、 他 方のサイ ド ロ 一ブ P 3 に比較 して強度の大き なサイ ド ロ一ブ P 2 を示 す周波数 1 0 H z にずれた位置にオ リ ジナル周波数があ る と して良 く 、 オ リ ジナル周波数 9 . 3 H z を導 く こ とがで き る。

すなわち、 ピーク を示す線スぺ ク ト ル P 1 を対象スぺク ト ルと し、 その両サイ ド に出現 したサイ ド ロ ー ブの線ス ぺク ト ル P 2 、 P 3 を隣 接スべク ト ル と して、 2つの線スぺク ト ル P 2お よび P 3の強度を比 較する と、 線スぺク ト ル P 3の強度よ り も線スぺク ト ル P 2の強度が 大き いので、 対象スペク ト ル （線ス ペク ト ル P 1 ) の周波数 9 H z に 対 して高周波側 （ + 方向、 1 0 H z の方 向） に補正すれば、 オ リ ジナ ル周波数に近づ く と いえ る。 ま た、 対象スペク ト ル （線スペク ト ル P 1 ) と、 大き な強度のサイ ド ロ ーブを示す線スペク ト ル P 2の強度 と を比較 した と き、 その差 （比） が、 1 ： 0 . 4か ら 1 ： 0 . 6 ま での 範囲にあ るので、 補正すべ き量が 0 . 3 H z程度であ る こ と も想定で き る。 図 1 1 に示 した フ ローチャ ー ト に基づ き、 本例の脈波デ一夕処理部 5 5 において検出データ を周波数分析 して脈拍数を導出す る処理を説 明す る。 ま ず、 デ一夕 分析部 5 2 を用いて、 ステ ッ プ S T 9 0 におい て周波数分析 （ F F T ) 処理を行う 。 そ して 、 その分析結果か ら、 ス テ ツ ブ S T 9 1 において、 ピーク を示すア ド レ ス を取得 し、 特定さ れ たァ ド レ ス を 示す変数 A d dに設定する。

次に、 補正方向判定部 5 4 1 を用いて補正す る方向を判定する 。 ま ず、 ステ ッ プ S T 1 0 1 において、 ピー ク を 示すア ド レ ス A d dに本 例の脈波データ処理部 5 5の分解能であ る 3 . 7 5柏 /分を乗 じて 、 ピー ク を 示す出力値であ る脈拍数 P u 1 を求める 。 こ の脈拍数 P u 1 が補正前の値であ る。

次に 、 ス テ ッ プ S T 1 0 2および S T 1 0 3 において、 サイ ド ロー ブのア ド レ ス とな る ア ド レ ス A d dの前後の ア ド レ ス A d d ± l を指 定 し、 サイ ド ロ 一 ブの強度 を変数 aお よび bにそれぞれ設定す る。 ス テ ツ プ S T 1 0 4で、 変数 aおよび bを 比較 し、 変数 aが変数 わ よ り も 大きい と き 、 すなわ ち、 + 方向のサイ ド ロ 一ブの強度が一 方向のサ ィ ド ロー ブの強度よ り 大き い と きは、 ス テ ッ プ S T 1 0 5で補正方向 を示す変数厶 に + 1 を設定 し、 さ ら に、 ステ ッ プ S T 1 0 6で変数 c に + 方向 （高周波数側） のサイ ド ロ ーブの強度 （変数 a ) を設定す る。 一方、 ス テ ッ プ S T 1 0 4 で、 変数 bが変数 aよ り も 大き い と 判断 した と き 、 すなわ ち、 一 方向のサイ ド ロ ーブの強度が + 方向のサイ ド ロー ブの強度よ り 大き い と き は、 ス テ ッ プ S T 1 0 7で ー 1 を 変数 に設定 し、 さ ら に、 ステ ッ プ S T 1 0 8で変数 cに —側 （低周波数 側） のサイ ド ロ一ブの強度 （変数 b ) を設定する 。 こ れに よ つ て、 補 正の対象 と な るサイ ド ロー ブが特定さ れ、 補正の方向が設定さ れる。 次に、 補正量算出部 5 4 1 を用いて補正量を算出 し、 さ ら に、 脈拍 数 P u l を補正す る。 こ のた め、 ま ず、 ステ ッ プ S T 1 0 9で、 補正 量 D i f f を 0 ク リ ア一す る。 次に、 ステ ッ プ S T 1 1 0で変数 に ア ド レ ス A d dを用いて ピーク の強度を設定 し、 ステ ッ プ S T 1 1 1 および S T 1 1 2で特定さ れたサイ ド ローブの強度 （変数 c ) がピー クの強度 （変数 h ) の 1 / 4以下であ るか、 1 / 4〜 1 / 2であるか、 ある いは、 1 / 2以上であ るかを判定す る。 ステ ッ プ S T 1 1 1 では、 変数 cの値と 変数 hの値を 1 / 4倍 した値と を比較 し、 変数 cの値が 大き い と きはス テ ッ プ S T 1 1 4において変数 D i f f に 1 をセ ッ ト する 。 さ ら に、 ス テ ッ プ S T 1 1 2では、 変数 cの値 と変数 hの値を 1 / 2倍 した値 と を比較 し、 変数 cの値が大き い と き はス テ ッ プ S T 1 1 5において変数 D i f f に 2 をセ ッ ト する。 従っ て、 変数 cの値 が変数 hの値の 1 / 4倍未満の と きは変数 D i f f は 0、 変数 cの値 が変数 hの値の 1 / 4倍以上で変数 hの値の 1 / 2倍未満の と きは変 数 D i f f は 1 、 さ ら に、 変数 cの値が変数 hの値の 1 / 2倍以上の と き は変数 D i f f は 2 にセ ッ ト さ れる。 以上のス テ ッ プでセ ッ ト さ れた変数 D i f f およ び Δを用 いて ステ ッ プ S T 1 1 3 において、 ピークの ア ド レ ス に相 当 す る脈拍数 P u lが補正され、 サイ ド ロ ーブ があ る と きは強度の大き なサイ ド ロ ーブの側にシ フ 卜 した脈拍数 P u 1 を得る こ と がで き る。

こ の よ う に、 本例の脈波データ 処理部 5 5 においては、 周波数分析 された ピーク の強度 と サイ ド ロ ーブの強度を 比較 し、 その結果か ら ピーク を 示す周波数を補正 し、 オ リ ジナル周波数に よ り 近い周波数を 導出で き る よ う に して い る 。 例において は、 補正の対象 と な るサイ ド ロ ーブの強度がピーク の強度の 1 / 4以下であれ 、 補正を行わず、 サイ ド ロ ーブの強度が ピーク の強度の 1 / 4か ら 1 / 2 ま での範囲に あれば、 補正の対象と な る サイ ド ロ ーブの方向に よ って ± 1 の補正を 行う 。 ま た、 サイ ド ロ ーブの強度が ピーク の強度の 1 / 2 を越え る値 であれば、 ± 2 の補正を行って い る 。 こ れに よ り 、 周波数分析の結果 得 ら れる脈拍数の分解能は 3 . 7 5拍 /分と 大き い に も係わ ら ず、 補 正の結果、 分解能が 1拍 /分で精度が ± 0 . 5拍 /分の非常に精度の 良い脈拍数を得る こ とがで き る。

補正量を得る 関数 （アルゴ リ ズム ） は、 上記に限定さ れない こ とは も ち ろんであ り 、 アルゴ リ ズム によ って評価する代わ り に所定の式に ピーク の強度およびサイ ド ロ ーブの強度の比を代入 して補正量を算出 する こ と も 可能であ る。 強度の評価値は 1 / 2 あ る いは 1 / 4 以外の 値、 例えば、 1 / 3 および 2 / 3 な どの値を採用 する こ と も も ち ろん 可能であ る。 ま た、 ピーク の強度とサイ ド ロ ーブの強度の評価には、 パタ ーン化さ れたテー ブルな どを用い る こ と も も ち ろ ん可能である が、 上記のよ う な処理方法を採用 す る こ と に よ っ て短時間で処理が可能で あ り 、 十分な精度の出力値を得る こ とがで き る。 さ ら に、 本発明に よ り 十分に精度の良い出力値が得 られるので、 連続 して 出力値を表示す る場合で も 自 然で リ ーズナ ブルな値を表示す る こ とがで き る。

さ ら に、 本例の脈波データ 処理部 5 5 においては、 サ ン プ リ ン グポ イ ン ト の数を増加する こ と な く 、 出力値であ る脈拍数の精度を 向上す る こ とがで き るので、 データ を取 り 込む時間を延長 しな く て も精度の 高い脈拍数を表示する こ と がで き る。 さ ら に、 サ ン プ リ ン グ数が増加 しないので、 F F T 処理に必要な処理時間も 増加せず、 高速で精度の 高い脈拍数を算出する こ と がで き る 。 従って 、 本例の腕時計型の電子 機器 1 をユーザーの腕に装着 して脈波を検出する こ と に よ り 、 リ アル タ イ ムで脈拍数を電子機器 1 に表示する こ と が可能であ り 、 マ ラ ソ ン や ウ ォーキ ン グあ る いは ト レーニン グを行いなが ら脈拍数を細か く 監 視し、 自 己の体調を把握 し、 体調に合っ た運動な どを行う こ とが可能 にな る。

さ ら に、 本発明の計測装置およ び計測方法を用い る こ と に よ り 、 サ ンプ リ ン グ数を増加させないで良いので、 脈波を処理す るサ ン プル ホール ド 回路な どの処理機構も 汎用性のあ る も の、 あ る いはァ ド レ ス 数が限 ら れた 小型で コ ンパ ク ト なも のな どを採用 して精度の高い測定 が可能で あ る。 従って 、 本発明に よ って 、 小型で安価な計測装置で も 精度の良い計測を行う こ と が可能に なる。 以上に示 した機能を備えた脈波データ処理部 5 5 は、 本例のよ う に 多機能型の電子機器 1 の機能の 1 つ と して実現する こ とも可能である し、 脈波を計測する単独の機能を備えた脈波計と して提供する こ と も も ち ろん可能である。 また、 図 1 1 に基づ き説明 した脈拍数を求める 処理は、 パ ソ コ ンなどによ って脈波データ を解析する際にソ フ ト ウ ェ ァと して実現する こ とも も ちろん可能である。 本発明の計測方法を採 用 したソ フ ト ウ エアにおいては、 サンプリ ン グ数のそれほど多 く ない データからォ リ ジナルの周波数あるいは周期を高速で精度良 く 求める こ とが可能であ り 、 様々な解析プロ グラムに適用する こ とが可能であ る。 そ して、 このよう なソ フ ト ウェアは、 フ ロ ッ ピーディ スクゃハ一 ドディ ス クな どの磁気記録媒体や、 その他の C D や R O Mといったコ ンピュータあるいはマイ ク ロプロセ ッサーな どに読み取 り 可能な媒体 に収納 して提供する こ とが可能である。

さ ら に、 本発明の計測装 および計測方法は、 脈波を処理する装 ある いは方法に限定されないこ とはも ち ろんであ る。 例えば、 体動の ピッチを加速度セ ンサなどを用いて計測する場合にも適用可能である し、 その他の周期的に変化する被検出量の周波数あるいは周期などの 出力値を少ないサンプリ ン グ数で精度良 く 求める こ とがで き る。 特に、 本発明の計測装置および計測方法は、 サンプリ ング数が少な く て良い ので、 サンプ リ ング時間が長く なるよ う な低周波の被検出量の計測に 非常に適 してお り 、 上述したよ う な脈拍数や体動の ピ ッチ、 さ らには 呼吸数な どの人体に関連する被検出置の計測な どに適している。

なお、 上記にて説明する際に参照した分解能等の数値は例示に過ぎ ず、 本発明はこれらの数値に限定されるものではない こ とはも ちろん である。 携帯型電子機器の全体構成

以下に上述 した本発明の計測機能を備えた携帯用電子機器の構成に ついてさ らに説明する。

図 1 に戻って、 本例の携帯用電子機器 1 の腕時計構造を有する装置 本体 1 0 には、 脈波を計測するための脈波検出用セ ンサュニ ッ ト 3 0 がケーブル 2 0 に よって接続されてお り 、 ケーブル 2 0 の先端側には コネクタ ピース 8 0 が構成され、 こ のコネク タ ピース 8 0 が本体 1 0 の 6 時方向に構成されているコ ネク タ部 7 0 に対して着脱自在に取付 で き るよ う になつている。 脈波検出用セ ンサユニ ッ ト 3 0 は、 センサ 固定用バン ド 4 0 によ って遮光されながら 人差し指の根元から指関節 までの間に装着され、 指の根元に装着する こ とによってケーブル 2 0 が短 く 、 ラ ンニング中に邪魔にな ら ないよ う になつている。 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 しないので、 指の根元に脈波検出用センサュニ ッ ト 3 0 を装着する こ とによ り 、 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 よ う になって いる。

図 1 2 に、 本例の携帯用電子機器の装置本体 1 0 を リ ス ト バン ドや ケーブルな どを外 した状態で示 してあ り 、 ま た、 図 1 3 に携帯用電子 機器 1 を本体の 3 時方向か らみた状態を示 してある。

図 1 2 に示すよ う に、 本例の装置本体 1 0 は、 樹脂製の時計ケース 1 1 (本体ケース ） を備えてお り 、 この時計ケース 1 1 の表面側には、 現在時刻や日付に加えて、 走行時や歩行時の ピ ッ チ、 及び脈拍数な ど の脈波情報な どを表示する E Lバ ッ ク ラ イ ト付きの液晶表示装置 1 3 (表示装置） が構成されている。 液晶表示装置 1 3 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 1 3 1 、 右上側に位置する第 2 のセ グメ ン ト表示領域 1 3 2 、 右下側に位置す る第 3 のセ グメ ン ト 表示領域 1 3 3 、 及び左下側に位置する ド ッ ト 表示領域 1 3 4 を備え てお り 、 ド ッ ト表示領域 1 3 4 では、 各種の情報を グラ フ ィ ッ ク表示 可能で き る よ う にな つてい る。

時計ケース 1 1 の内部には、 上述 した よ う に、 脈波検出用セ ンサ 3 0 が検出 したデータ に基づいて脈拍数の変化な どを求める と共に、 そ れを液晶表示装置 1 3 で表示す るために、 ま た、 各種の制御やデータ 処理を行 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 1 3 に表示可能であ る。

時計ケース 1 1 の外周部には、 時刻合わせや表示モー ドの切換な ど の外部操作を行う ためのポタ ンス ィ ッチ 1 1 1 〜 1 1 5 が構成されて いる。 ま た、 時計ケースの表面には、 大きめのボタ ン ス ィ ッチ 1 1 6 、 1 1 7 が構成さ れて い る。 時計ケース 1 1 の 内部には、 さ ら に、 携帯 用電子機器 1 の電源と なる ボ夕 ン形の小型の電池 5 9 が収納さ れてお り 、 ケー ブル 2 0 を介 して電池 5 9 か ら脈波検出用セ ンサュニ ッ ト 3 0 に も電力を供給で き る よ う に な つ て い る。 こ の ケー ブル 2 0 は、 さ ら に、 脈波検出用セ ンサュニ ッ ト 3 0 の検出結果を時計ケース 1 1 の 制御部 5 に入力するために も用い ら れる。

本例の携帯用電子機器 1 は多機能型の装置であ り 、 機能を増やすに と も な って装置本体 1 0 を大型化す る必要があ る。 しか しなが ら 、 装 置本体 1 0 には、 腕に装着される と い う 制約があ る ため、 装置本体 1 0 を腕時計におけ る 6 時あ る いは 1 2 時方向に 向けて は拡大す る こ と は難 しい。 そ こで、 本例では、 装置本体 1 0 には、 3 時及び 9 時の方 向におけ る長さ寸法が 6 時及び 1 2 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 1 1 を用いる こ と に よ り 、 多 く の機能を実現す るための制御部あるいは他の機能ユニ ッ ト を収納で き るよ う に してい る。 3 時および 9 時方向に時計ケース 1 1 を伸ば して も、 リ ス ト バン ド 1 2 は、 3 時の方向側に偏った位置で接続 して いる。 このため、 リ ス ト バン ド 1 2 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 1 0 1 を有する こ とになるが、 この大きな張出部分は 3 時の方向 にはない。 従って、 横長の時計ケース 1 1 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 1 1 に ぶっける こ とがないよ う になっている。

また、 時計ケース 1 1 の内部の配置において も、 電池 5 9 の 9 時方 向にブザー用の偏平な圧電素子 5 8 を配置 し、 こ の圧電素子 5 8 よ り も重い電池 5 9 が 3 時方向に偏った位置にあ り 、 装置本体 1 0 の重心 位置が 3 時の方向に偏る よ う に している。 そ して、 こ の重心位置の近 傍に リ ス ト バン ド 1 2 を接続 してあるので、 装置本体 1 0 を腕に安定 した状態で装着で き る。 ま た、 電池 5 9 と圧電素子 5 8 とを平面的に 配置する こ とによ り 装置本体 1 0 を薄型化 し、 さ らに、 図 1 3 に示す よ う に、 裏面部 1 1 9 に電池蓋 1 1 8 を設ける こ とに よって、 ユ ー ザ一が容易に電池 5 9 を交換で き る よ う に している。

図 1 3 に示すよ う に、 本例の時計ケース 1 1 の 1 2 時方向には、 リ ス ト バン ド 1 2 の端部に取 り 付け られた止め軸 1 2 1 を保持するため の連結部 1 0 5 が形成されている _c また、 時計ケース 1 1 の 6 時方向 には、 腕に巻かれた リ ス ト パン ド 1 2 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 1 2 2 が取 り 付け られる受け部 1 0 6 が形成されてい る。

装置本体 1 0 の 6 時方向において、 裏面部 1 1 9 から受け部 1 0 6 ：至る部分は、 時計ケース 1 1 と一体に成形されて裏面部 1 1 9 に対 して約 1 1 5 ° の角度をなす回転止め部 1 0 8 になっている。 すなわ ち、 リ ス ト バン ド 1 2 によ って装置本体 1 0 を右の手首 L (腕） の上 面部 L 1 (手の甲の側） に位置する よ う に装着 した と き、 時計ケース

1 1 の裏面部 1 1 9 は、 手首 Lの上面部 L 1 に密着する一方、 回転止 め部 1 0 8 は、 橈骨 Rのある側面部 L 2 に当接する。 この状態で、 装 置本体 1 0 の裏面部 1 1 9 は、 橈骨 R と尺骨 Uを跨 ぐ感じにある一方、 回転止め部 1 0 8 と裏面部 1 1 9 との屈曲部分 1 0 9 から回転止め部

1 0 8 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 1 0 8 と裏面部 1 1 9 とは、 約 1 1 5 ° という解剖学旳に理想 的な角度をな しているため、 装置本体 1 0 を矢印 Aま たは矢印 Bの方 向に回そ う と して も、 装置本体 1 0 は、 腕 L の周 り を不必要にずれな い。 また、 裏面部 1 1 9 及び回転止め部 1 0 8 によ って腕の回 り の片 側 2 力所で装置本体 1 0 の回転を規制するだけであるため、 腕が細 く ても、 裹面部 1 1 9及び回転止め部 1 0 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 よ う になっている。 脈波検出用セ ンサュニ ッ ト の構成

図 1 4 に、 本例の脈波検出用セ ンサュニ ッ 卜 の構成を断面を用いて 示 してある。 本例の脈波検出用セ ンサユニ ッ ト 3 0 は、 そのケース体 と してのセ ンサ枠 3 6 の裏側に裹蓋 3 0 2 が被さ れる こ とによ って、 内側に部品収納空間 3 0 0 が構成されている。 部品収納空間 3 0 0 の 内部には、 回路基板 3 5 が配置されてお り 、 回路基板 3 5 には、 L E D 3 1 、 フ ォ ト ト ラ ンジスタ 3 2 、 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 3 9 3 によ って ケーブル 2 0 の端部が固定され、 ケーブル 2 0 の各配線は、 各回路基 板 3 5 のパ夕一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 3 0は、 図 1 ( b ) に示すよ う に、 ケー ブル 2 0が指の 根元側か ら装置本体 1 0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、 L E D 3 1 及びフ ォ ト ト ラ ン ジ ス タ 3 2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、 L E D 3 1 は指の 先端側に位置 し、 フ ォ ト ト ラ ン ジス タ 3 2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 3 2 に届 き に く い と い う効果があ る。

脈波検出用セ ンサュニ ッ ト 3 0では、 セ ンサ枠 3 6の上面部分にガ ラ ス板か ら な る透光板 3 4 に よ っ て光透過窓が形成され、 こ の透光板 3 4 に対 して 、 L E D 3 1 及びフ ォ ト ト ラ ン ジス タ 3 2は、 それそれ 発光面及び受光面を透光板 3 4の方に向けて い る 。 こ のため、 透光板 3 4の外側表面 3 4 1 に指表面を密着さ せる と、 L E D 3 1 は、 指表 面の側に向けて光を発する と と も に、 フ ォ ト ト ラ ジス タ 3 2 は、 L E D 3 1 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。 ま た、 透光板 3 4 の外側表面 3 4 1 は、 指表面 と の密着性を高め る 目 的に、 周囲部分 3 6 1 か ら 突出 して い る構造にな って い る。

本例では、 L E D 3 1 と して 、 I n G a N系 （イ ンジ ウム ー ガ リ ウ ム — 窒素系） の青色 L E D を用 いてあ り 、 そ の発光スペク ト ルは、 4 5 O n mに発光 ピーク を有 し、 その発光波長領域は、 3 5 0 n mか ら 6 0 O n mま での範囲にあ る。 かかる発光特性を 有す る L E D 3 1 に 対応させて、 本例では、 フ ォ ト ト ラ ン ジ ス タ 3 2 と して、 G a A s P 系 （ガ リ ウ ム 一砒素一 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 3 0 0 n mか ら 6 0 0 n mま での範囲にあ って 、 3 0 0 n m以下に も感度領域があ る。 こ の よ う に構成 し た脈波検出用セ ンサュニ ッ ト 3 0を、 セ ンサ固定 用ノ ン ド 4 0に よ って指の根元に装着 し、 こ の状態で、 L E D 3 1 か - 2 δ - ら指に向けて 光を照射する と 、 こ の光が血管に届 いて血液中のへモ 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脈波信号 と して光学的に検出 すれば、 その検出結果か ら脈拍数な どを計測で き る。

本例では、 発光波長領域が 3 δ O n mか ら 6 0 0 n mまでの範囲に あ る L E D 3 1 と 、 受光波長領域が 3 0 O n mか ら 6 O O n mま での 範囲のフ ォ ト ト ラ ン ジ ス タ 3 2 と を用いてあ り 、 その重な り 領域であ る約 3 0 0 n mか ら約 6 0 0 n mま での波長領域、 すなわち、 約 7 0 O n m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 3 0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 7 0 O n m 以下の光は、 指を導光体と して フ ォ ト ト ラ ン ジス タ 3 2 (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 7 0 0 n m 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 4 0で覆われて いない指の部分に照射さ れて も 、 指を通って フ ォ ト ト ラ ン ジス タ 3 2 ま で届かないか らであ る 。 こ れに対 し、 8 8 O n m付近に発光 ピーク を有す る L E D と、 シ リ コ ン系の フ ォ ト ト ラ ン ジス 夕 と を用い る と 、 その受光波長範囲は、 3 5 0 n mか ら 1 2 0 O n mま での範囲に及ぶ。 こ の場合には、 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 1 〃 m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。

ま た、 約 7 O O n m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 3 0 0 n mか ら 7 0 0 n m 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 8 0 n m の光に対する吸光係数に比 して数倍〜約 1 0 0 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） が高いか ら と考え ら れる。 そ して、 こ の よ う な検出率の高い 検出デ一夕 を上述 した計測方法を用 いて 計測する こ と に よ り 、 高速で 精度の良い脈拍数を求める こ と がで き る 。 以上説明 した よ う に、 本発明の計測装置およ び計測方法では、 周波 数分析後に得 ら れる ピーク を示す脈拍数な どの出力値を、 その両側に 得ら れるサイ ド ロ 一ブを利用 して補正 し、 サ ン プ リ ン グ数を増やさ ず に精度の高い出力値が得 ら れる よ う に して い る。 従って、 本発明に よ り 、 データ取 り 込み時間を延長す る こ と な く 、 ま た、 計測装置のス ペ ッ ク を上げる こ とな く 精度の高い 出力値が得 ら れる 。 こ のため、 本 発明の計測装置お よび計測方法は、 計測処理がデジ タ ル化され、 小型 で多機能化さ れた携帯に便利な電子機器に好適な も のであ り 、 今後、 多種多様な測定に適用で き る も のである 。 産業上の利用可能性

本発明は脈波な どの周期的に変化す る検出データ を計測 して、 脈拍 数な どの出力値を得る計測装置お よび計測方法に関す る も のであ り 、 本発明に よ り サ ン プ リ ン グ数を増やさ ずに出力値の精度を 向上で き る ので、 脈拍数計測機能な どを備え た 多機能型で小型の携帯に適 した電 子機器に好適なも のである。

Claims

- 2 1 - 請 求 の 範 囲

1 . センサから得られた周期的に変化する検出データ を周波数分析 し、 分析結果が所定の分解能のデジタルデータ と して得られる分析手 段と、

周期または周波数を出力値と して前記分析結果から導出する導出手 段とを有 し、

この導出手段が、 前記分析結果の中で ピーク を示す前記出力値を、 前記ピークに隣接 して現れる少な く と も 一方の側のサイ ド ロ一ブを示 す前記出力値を用いて補正 し、 前記分解能よ り も細かい精度で前記検 出デ一夕の前記出力値を導出可能である こ と を特徴とする計測装置。

2 . 請求項 1 において、 前記導出手段は、 前記ピークの両側の前記 サイ ド ローブの強度を比較 して補正の対象となる前記サイ ド ローブを 特定する補正方向判定手段と、

前記ピークの強度を補正の対象と して特定さ れた前記サイ ド ローブ の強度と比較 して補正量を求め、 前記ピーク を示す前記出力値を補正 する補正量算出手段とを備えて いる こ と を特徴と する計測装置。

3 . 請求項 2 において、 前記補正量算出手段は、 前記分解能の半値 に近いデジ夕 ル値を前記補正量の最大と し、 前記ピークの強度に対す る補正の対象と して特定さ れた前記サイ ド ローブの強度の比を所定の 関数によ り デジタル値に変換し、 前記補正量を算出する こ とを特徴と する計測装置。

4 . 周期的に変化する被検出量を検出可能なセ ンサと、 このセンサか らの信号を処理可能な制御装置と、

この制御装置から の出力を表示可能な表示装置と を有 し、

前記制御装置は、 前記セ ンサか ら得 られた検出デ一夕 を周波数分析 し、 分析結果が所定の分解能のデジ夕ルデ一夕 と して得られる分析機 能と、 周期ま たは周波数を出力値と して前記分析結果から導出する導 出機能と を備えてお り 、

こ の導出機能が、 前記分析結果の中でピーク を示す前記出力値を、 前記ピークに隣接 して現れる少な く とも一方の側のサイ ド ローブを示 す前記出力値を用いて補正 し、 前記分解能よ り も細かい精度で前記検 出データ の前記出力値を導出可能である こ と を特徴と する携帯型電子

5 . セ ンサから得られた周期的に変化する検出データ を周波数分析 し、 分析結果が所定の分解能のデジタルデータ と して得られる分析ェ 程と、

周期ま たは周波数を出力値と して前記分析結果から導出する導出ェ 程とを有 し、

この導出工程では、 前記分析結果の中で ピークを示す前記出力値を、 前記ピークに隣接 して現れる少な く と も 一方の側のサイ ド ローブを示 す前記出力値を用いて補正 し、 前記分解能よ り も細かい精度で前記検 出データ の前記出力値を導出可能である こ と を特徴とする計測方法。

6 . 請求項 5 において、 前記導出工程は、 前記ピークの両側の前記 サイ ド ロ一ブの強度を比較して補正の対象となる前記サイ ドローブを 特定する補正方向判定工程と、

前記ピークの強度を補正の対象と して特定された前記サイ ドローブ の強度と比較 して補正量を求め、 前記ピーク を示す前記出力値を補正 する補正量算出工程とを備えている こ と を特徴とする計測方法。

7 . 請求項 6 において、 前記補正量算出工程では、 前記分解能の半 値に近いデジタル値を前記補正量の最大と し、 前記ピークの強度に対 する補正の対象と して特定された前記サイ ド ローブの強度の比を所定 の関数によ り デジ夕ル値に変換し、 前記補正量を算出する こ とを特徴 とする計測方法。