JP2003159223A - 生体信号検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固定手段が人体に固定されているか否かを自
動的に検出することのできる生体信号検出装置を提供す
る。 【解決手段】 人体の生体信号を検出する発光部１５及
び受光部１６と、人体に挟着固定可能に形成された挟持
部１８を有する耳クリップ１０と、耳クリップ１０の人
体への固定状態を検知するスイッチ部１３と、スイッチ
部１３の押下時に低電圧の検知信号を、開放時に高電圧
の検知信号を出力するマイコン部２０と、固定状態を報
知するスピーカー部１４と、を具備してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人体の生体信号を
検出する生体信号検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、トレーニング強度の目安にし
たり、健康管理を行う目的で、種々の生体信号検出装置
が提供されている。その中でも、よく使用されているも
のの一つに、耳朶に挟着して使用する耳クリップ形状に
形成されたものがある。この装置は、生体信号を検出す
る発光素子と受光素子とを有しており、耳クリップを人
体に挟着したときに、発光素子と受光素子とが対面する
ように、人体を挟持する位置に形成されている。その発
光素子が光信号を発すると、光信号は人体を通過し、受
光素子に至り、受信した光信号を処理することにより、
脈拍数等の生体信号を計測している。

【０００３】この耳クリップでは、ばね等の弾性体の弾
性力により人体に挟着固定されているのであるが、人体
に正常に固定されていない場合には、正確に生体信号を
測定することができないだけでなく、その間にも生体信
号を検出するために電力が消費され続けられてしまう。
また、このような生体信号検出装置は、その筐体に内蔵
した電子回路等を作動させるための電源が必要であり、
その電源のオン／オフは、電源ボタンの操作など、使用
者の意図的な操作によるものが多い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電源の
オン／オフを使用者の操作に頼っているため、使用後も
電源を切り忘れて放置されてしまうことがある。電源が
入ったままで放置されると、外乱信号を拾ってしまうこ
ともあり、ときにはその外乱信号により誤動作を引き起
こす可能性があるだけでなく、放置されている間に電力
を著しく消費してしまう。また、使用者にとっても、使
用時に電源を入れるのを忘れてしまうと、耳クリップが
生体信号を検出できない状態であるにも係わらず、トレ
ーニング等を続けることになり、トレーニング強度の目
安や、健康管理の指標とすることができなくなってしま
う。

【０００５】そこで、本発明は上記事由に鑑みて為され
たものであり、その目的は、生体信号検出装置が人体に
固定されているか否かを自動的に検出することのできる
生体信号検出装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の生体信号検出装置は、以下の構成を備える。

【０００７】請求項１の発明では、人体の生体信号を検
出する生体信号検出手段と、人体に挟着固定自在に形成
された固定手段と、を備える生体信号検出装置であっ
て、前記固定手段の人体への固定状態を検知する固定状
態検知手段を備えることを特徴とする。

【０００８】請求項２の発明では、請求項１に記載の生
体信号検出装置において、前記固定状態検知手段は、前
記固定手段の挟持間隔に対応して動作するスイッチ部を
有することを特徴とする。

【０００９】請求項３の発明では、請求項１に記載の生
体信号検出装置において、前記固定状態検知手段は、前
記固定手段に設けられる２つの電極を有し、前記固定手
段の挟持間隔に対応して前記電極間が、導通又は非導通
となることにより、固定状態を検知することを特徴とす
る。

【００１０】請求項４の発明では、請求項３に記載の生
体信号検出装置において、前記電極は、導電性のゴムよ
りなることを特徴とする。

【００１１】請求項５の発明では、請求項１に記載の生
体信号検出装置において、前記固定状態検出手段は、前
記生体信号検出手段の検出した生体信号を信号処理する
ことにより、固定状態を検知する信号判別部を有するこ
とを特徴とする。

【００１２】請求項６の発明では、請求項１に記載の生
体信号検出装置において、前記固定状態検知手段は、前
記固定手段に設けられ、前記固定手段の挟持間隔に応じ
て変化する前記固定手段の歪み量を測定する歪みゲージ
を備えることを特徴とする。

【００１３】請求項７の発明では、請求項１乃至請求項
６のいずれかに記載の生体信号検出装置において、前記
固定状態検知手段の検知した固定状態に応じて、前記生
体信号検出手段への電力供給を遮断する電力供給遮断手
段をも備えることを特徴とする。

【００１４】請求項８の発明では、請求項１乃至請求項
７のいずれかに記載の生体信号検出装置において、前記
固定状態検知手段の検知した固定状態に応じて、前記生
体信号検出手段への電力供給を開始する電力継電手段を
も備えることを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）本発明の第１の
実施の形態を、図１〜図３を参照して以下に説明する。
図１と図２に示すように、本実施の形態では、生体信号
検出装置は、人体の生体信号を検出する生体信号検出手
段としての発光部１５と受光部１６と、人体に挟着固定
自在に形成された固定手段としての耳クリップ１０と、
耳クリップ１０の挟持間隔を検知する固定状態検知手段
としてのスイッチ部１３と、耳クリップ１０の固定状態
を報知するスピーカー部１４と、受光部１６が受光した
光信号を処理する演算処理部２７と、スイッチ部１３か
ら出力される信号を処理するマイコン部２０と、を備え
て構成されている。

【００１６】耳クリップ１０は、図１に示すように、耳
クリップ半体１１と、耳クリップ半体１２と、軸２３
と、軸受２５とを備えている。なお、図１（ｂ）は、図
１（ａ）に示す２個１対の耳クリップ１０を分解し、向
かい合う面を正面として示したものである。

【００１７】耳クリップ半体１１には、発光部１５と、
スイッチ部１３と、軸２３を挿入する貫通孔（図示せ
ず）を有する接続部１７と、耳クリップ１０の装着固定
状態を報知するスピーカー部１４と、が形成されてお
り、耳クリップ半体１２には、受光部１６と、接続部１
７と、が設けられている。

【００１８】発光部１５は、ＬＥＤ等の発光素子で構成
し、受光部１６は、受光することで電力を発生する光電
変換素子等で構成している。

【００１９】耳クリップ１０を形成する手順を説明する
と、まず、発光部１５と受光部１６とが対面するよう、
耳クリップ半体１１，１２を向かい合わせるとともに、
板ばね（図示せず）を挟むように設けて、接続部１７が
互いに入れ子になるようにする。次に、接続部１７に設
けられた貫通孔が一軸線上になるよう、耳クリップ半体
１１，１２を組み合わせる。一軸線上に揃った貫通孔に
軸２３を通し、軸受２５と嵌合させることで、耳クリッ
プ半体１１，１２が接続され、形成されている。

【００２０】このようにして形成された耳クリップ１０
は、軸２３を中心に回動自在であり、耳クリップ半体１
１，１２の間に介在させた板ばねの復元力により、発光
部１５と受光部１６が設けられた耳クリップ１０の先端
部分の挟持部１８に、物体を挟持する力が発生してい
る。この挟持部１８で人体等を挟むと、その挟持力によ
り、耳クリップ１０を人体に挟着固定することが可能と
なる。なお、板ばねの代わりに、コイルバネ、ゴム等の
弾性力、復元力を有するものを用いてもよい。

【００２１】このものでは、検出する生体信号として
は、発光部１５から発せられた光のうち人体を透過した
光を受光部１６が受光し、その受光信号を演算処理部２
７が演算処理して得られる脈波信号としている。演算処
理部２７により演算された脈波信号は、演算処理部２７
に電気的に接続された信号線６０を介して、別途用意す
る記憶部（図示せず）、表示部（図示せず）に送信すれ
ば、報知可能となる。

【００２２】スイッチ部１３は、挟持部１８の挟持間隔
の大／小に対応して開放／押下される押下型のスイッチ
（図示せず）を備えており、耳クリップ１０が人体に非
装着又は正常に装着されていない場合には、挟持部１８
の挟持間隔が小さくなり、スイッチが押下される。一
方、人体に正常に装着されている場合には、挟持部１８
の挟持間隔が大きくなり、スイッチが開放される。スイ
ッチ部１３は、スイッチの開放／押下に対応して、出力
する検知信号の電圧値を高／低と変える用に形成されて
いるので、このスイッチ部１３を、マイコン部２０に電
気的に接続すれば、マイコン部２０は、スイッチ部１３
から受信する検知信号の電圧値の高／低を検知すること
により、耳クリップ１０の人体への装着状態を判断する
ことができる。

【００２３】図３は、スイッチ部１３を押下した状態を
示しており、電気回路はオープンな状態になっている。
この状態において、マイコン部２０は、検知信号として
低電圧の信号を受信している。ここで、スイッチ部１３
を開放すると、電気回路が電気的に接続されて、マイコ
ン部２０は、検知信号として高電圧の信号を受信する。
なお、スイッチ部１３が押下されたときに、オープンに
なるようにしているのは、挟持部１８が閉じている不使
用状態のときに、電力の消費を少なくするためである。

【００２４】また、演算処理部２７等の生体信号を検出
するために必要な電子回路等は、ＩＣ化され耳クリップ
１０に内蔵されている。また、演算処理部２７の後段
に、脈波信号から脈拍数を演算する脈拍数演算手段（図
示せず）を備えてもよく、この場合には脈拍数を計測す
ることが可能となる。

【００２５】次に、本実施の形態における生体信号検出
装置の動作を説明する。耳クリップ１０は、不使用状態
では挟持部１８が閉じており、スイッチ部１３が押下さ
れた状態となっている。このときマイコン部２０は低電
圧の信号を受信している。この状態から、筋力トレーニ
ング等を行う使用者が、耳クリップ１０を耳朶に装着す
るため、耳クリップ１０の挟持部１８を開くように持つ
と、スイッチ部１３が開放され、マイコン部２０が高電
圧の信号を受信する。マイコン部２０が使用状態である
ことを示す信号をスピーカー部１４に送ると、スピーカ
ー部１４は、一定時間だけ鳴動して耳クリップ１０を使
用状態であることを報知する。使用者が、この耳クリッ
プ１０を耳朶に装着すると、発光部１５と受光部１６に
より生体信号の検出が開始され、生体信号として脈波信
号を計測することができる。

【００２６】このように、耳クリップ１０に押下型のス
イッチ部１３を設けたので、スイッチ部１３の押下／開
放状態により、耳クリップ１０の人体への装着状態を検
知することができる。

【００２７】（第２実施形態）本発明における第２の実
施の形態を、図４と図５を参照して以下に説明する。本
実施の形態においては、固定手段としての耳クリップ１
０の挟持部１８に導電性のゴムで形成した電極４１，４
２を設けている。なお、第１の実施の形態と同じものに
は同じ符号が付してある。

【００２８】導電性のゴムで形成した電極４１，４２
は、耳クリップ半体１１，１２の挟持部１８の対面する
位置にそれぞれ設けられており、挟持部１８が閉じた状
態、すなわち、耳クリップ１０を人体に装着していない
ときに、電極４１と電極４２とが接触して導通するよう
に形成されている。挟持部１８を開くと、電極４１と電
極４２との間に人体が挟まれて、電極４１と電極４２と
非接触となり離間するので、電極間は非導通となる。す
なわち、電極４１と電極４２との導通／非導通を検知す
ることにより、耳クリップ１０が人体に固定されている
か否かの検知を行うことができる。

【００２９】図５に示すように、電極４１，４２をマイ
コン部２０に電気的に接続するように配線すれば、電極
４１，４２間の導通又は非導通状態に対応して、マイコ
ン部２０は、検知信号として高電圧の信号、又は低電圧
の信号を受信する。挟持部１８が閉じている状態、すな
わち不使用状態のときに消費電力を減らすために、プル
アップ抵抗の抵抗値は、１００ＫΩ以上１ＭΩ以下程度
としている。

【００３０】以上のように、電極４１と電極４２との導
通／非導通を検知することで、耳クリップ１０の人体へ
の固定状態を検知できるので、複雑な回路等を形成する
必要なく、簡単に装着状態を判断することができる。

【００３１】（第３実施形態）本発明に係わる第３の実
施の形態について、図６と図７を参照して以下に説明す
る。本実施の形態においては、固定状態検知手段が生体
信号を信号処理することにより耳クリップ１０の固定状
態を判断する信号判別部３１を有するものとしている。
なお、本実施の形態において、第１の実施の形態と同じ
ものには、同じ符号を付してある。

【００３２】図７は、挟持部１８の開／閉状態時に、受
光部１６が出力する電圧値を示したものである。なお、
実線を挟持部１８の閉状態時、点線を開状態時、におけ
る受光部１６の出力信号の電圧値としている。耳クリッ
プ１０が人体に装着されているとき、すなわち、挟持部
１８が開状態のときには、発光部１５からの光信号が人
体を通過する間に反射散乱して、受光部１６に到達した
時点では、光信号のレベルが低くなるので、発光部１５
の発光時、非発光時で受信する光信号のレベルの差が小
さく、受光部１６が出力する電圧値も図７の点線で示す
もののようになる。

【００３３】逆に、人体に非装着であるとき、すなわち
挟持部１８の閉状態では、発光部１５と受光部１６間の
光信号の送受を遮るものがないので、発光部１５からの
光信号は、そのレベルを低下させることなく、受光部１
６に到達する。そのため、受光部１６が受光する光信号
のレベルは高く、発光部１５の発光時、非発光時で受信
する光信号のレベルの差が大きくなり、受光部１６が出
力する信号の電圧値も、図７の実線で示すもののように
なる。すなわち、挟持部１８の開／閉状態により、受光
部１６の出力する信号の電圧値が異なるため、その電圧
値を検知することにより、耳クリップ１０の固定状態を
検出することができる。

【００３４】以上のように、生体信号検出装置は、受光
部１６が出力する信号の電圧値を解析する信号判別部３
１を備えるので、より簡単に耳クリップ１０の人体への
装着状態を検出することができる。

【００３５】（第４実施形態）本発明に係わる第４の実
施の形態を、図８を参照して以下に説明する。本実施の
形態においては、固定状態検知手段に、耳クリップ１０
の歪み量を検知する歪みゲージ５０を備えたものであ
る。なお、第１の実施の形態と同じものには、同じ符号
を付してある。

【００３６】耳クリップ１０は、人体に固定されていな
い状態においては、ばねによりその挟持部１８が閉じて
いるが、使用される際には、ばねの復元力に反するよう
に挟持部１８が開かれる。そのため、使用時、すなわち
挟持部１８が開かれた状態においては、耳クリップ半体
１１，１２に、非使用時よりも大きな応力がかかってい
る。そこで、この生体信号検出装置は、歪みゲージ５０
により、耳クリップ半体１１，１２の歪み量を検出する
ことにより、耳クリップ１０の人体への固定状態を検知
している。

【００３７】なお、本実施の形態では、固定状態検知手
段として、歪みゲージ５０を用いたが、固定手段に設け
られて、耳クリップ半体１１，１２にかかる圧力を検出
する圧力センサでもよく、また、耳クリップ１０の開度
を検出可能な位置に形成された角度センサでもよい。

【００３８】このように、生体信号検出装置の耳クリッ
プ１０に歪みゲージ５０を設けたので、耳クリップ半体
１１，１２に生じた歪みを歪みゲージ５０により検出
し、その検出信号から、耳クリップ１０の人体への装着
状態を検知することができる。

【００３９】（第５実施形態）本発明に係わる第５の実
施の形態を、図９を参照して以下に説明する。本実施の
形態においては、固定状態検出手段からの検知信号を受
信して、生体信号検出手段への電力供給を遮断する電力
遮断手段と、検知信号を受信して、生体信号検出手段へ
の電力供給を開始する電力継電手段と、を備えたもので
ある。なお、第１の実施の形態と同じものには、同じ符
号を付している。

【００４０】電力遮断手段と電力継電手段を、制御部２
９とし、制御部２９は、計時を行うクロックカウンター
等の計時部（図示せず）と、電磁力により接点を開／閉
する電磁リレー部（図示せず）と、を備えている。

【００４１】制御部２９は、生体信号検出手段等の電子
回路と、電源２２との間に接続されて、電磁リレー部の
接点を開／閉することにより、電子回路に電力の遮断／
供給を行う。また、スイッチ部１３とも電気的に接続さ
れて、検知信号を受信するとともに、受信した検知信号
に対応して、電磁リレー部の接点を開／閉する。

【００４２】次に、この生体信号検出装置の動作を以下
に説明する。まず、電力が供給されている装着状態か
ら、耳クリップ１０を人体から取り外して非装着状態と
なるときの動作を説明する。耳クリップ１０を人体に挟
んで固定している使用状態、すなわち、挟持部１８が開
かれた状態においては、制御部２９はスイッチ部１３か
ら高電圧の検知信号を受信している。この使用状態か
ら、耳クリップ１０を人体から取り外すと、耳クリップ
１０の挟持部１８が閉じ、スイッチ部１３が押下される
ので、マイコン部２０が低電圧の検知信号を制御部２９
に送出する。この低電圧の検知信号を受信した制御部２
９は、計時部（図示せず）を作動させる。制御部２９が
低電圧の検知信号を３０秒間継続して受信すると、発光
部１５及び受光部１６への電力供給を遮断するよう、電
磁リレー部の接点を開き、電源２２と、発光部１５及び
受光部１６との電気的な接続を切断する。

【００４３】次に、電力が供給されていない非装着状態
から、耳クリップ１０を人体に取り付けて、装着状態と
なるときの動作を説明する。非装着状態から耳クリップ
１０の挟持部１８を開くと、スイッチ部１３が開放さ
れ、高電圧の検知信号が送出される。制御部２９が、高
電圧の検知信号を受信すると、再び、計時部（図示せ
ず）を作動させ、高電圧の検知信号の継続受信時間を計
時する。継続受信時間が３０秒間を越えた場合、制御部
２９は、耳クリップ１０が人体に装着されている状態で
あると判断し、電磁リレー部の接点を閉じて電源２２と
生体信号検出手段とを電気的に接続し、生体信号検出手
段に電力を供給する。

【００４４】このように、生体信号検出装置に、電力の
遮断／供給を制御する制御部２９を設けたので、耳クリ
ップ１０の使用、不使用状態に応じて、自動的に電力の
供給、遮断を行わせることが可能となり、電力消費の節
減を行うことができる。

【００４５】以上、本発明の好適な実施の形態を説明し
たが、本発明はこの実施の形態に限らず、種々の形態で
実施することができる。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、本件発明によれば、人体
の生体信号を検出する生体信号検出手段と、人体に挟着
固定自在に形成された固定手段と、を備える生体信号検
出装置であって、前記固定手段の人体への固定状態を検
知する固定状態検知手段を備えるので、固定手段の固定
状態、つまり生体信号検出装置の人体への装着状態を検
知することができる。

【００４７】また、固定状態検知手段を、固定手段の挟
持間隔に対応して動作するスイッチ部を有するようにす
れば、複雑な機構や、信号処理ルーチンを設けることな
く、より簡単に生体信号検出装置の装着状態を知ること
ができる。

【００４８】また、固定状態検知手段は、固定手段に設
けられる２つの電極を有し、固定手段の挟持間隔に対応
して電極間が、導通又は非導通となることにより、固定
状態を検知するようにすれば、複雑な機構や、信号処理
ルーチンを設けることなく、より簡単に生体信号検出装
置の装着状態を知ることができる。

【００４９】また、電極を、導電性のゴムとすれば、装
着固定時により外れにくくなるとともに、外部からの光
を遮断できるので、外乱を低減して生体信号を検出する
ことができる。

【００５０】また、固定状態検出手段に、前記生体信号
検出手段の検出した生体信号を信号処理することによ
り、固定状態を検知する信号判別部を有するようにすれ
ば、簡単な信号処理により、生体信号検出装置の装着状
態を知ることができる。

【００５１】また、固定状態検知手段に、固定手段に設
けられ、固定手段の挟持間隔に応じて変化する固定手段
の歪み量を測定する歪みゲージを備えれば、複雑な機構
や信号処理ルーチンを設けることなく、精度よく装着状
態を知ることができる。

【００５２】また、固定状態検知手段の検知した固定状
態に応じて、生体信号検出手段への電力供給を遮断する
電力供給遮断手段をも備えるようにすれば、不使用時に
自動的に電源を切ることができるので、無駄な電力消費
を削減できる。

【００５３】また、固定状態検知手段の検知した固定状
態に応じて、生体信号検出手段への電力供給を開始する
電力継電手段をも備えるようにすれば、装着時に自動的
に電源が入るので、電源を入れる手間を削減することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる生体信号検出装置の第１の実施
の形態を示す図である。

【図２】同上のブロック図である。

【図３】同上のスイッチ部に注目した図である

【図４】本発明に係わる生体信号検出装置の第２の実施
の形態を示す図である

【図５】同上の回路図を模式的に示した図である。

【図６】本発明に係わる生体信号検出装置の第３の実施
の形態を示す図である

【図７】同上の信号レベルを示す図である。

【図８】本発明に係わる生体信号検出装置の第４の実施
の形態を示す図である

【図９】本発明に係わる生体信号検出装置の第５の実施
の形態を示す図である

【符号の説明】

１０ 耳クリップ １３ スイッチ部 １５ 発光部 １６ 受光部 ２９ 制御部 ３１ 出力信号判別部 ４１ 電極 ４２ 電極 ５０ 歪みゲージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 健之 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 西村 篤久 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 4C017 AA02 AB08 AC26 BC11 BD06 CC01 FF19

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】人体の生体信号を検出する生体信号検出手
   段と、挟持間隔調整自在に形成され、人体に挟着固定さ
   れる固定手段と、を備える生体信号検出装置であって、
   前記固定手段の人体への固定状態を検知する固定状態検
   知手段を備えることを特徴とする生体信号検出装置。
2. 【請求項２】 前記固定状態検知手段は、前記固定手段
   の挟持間隔に対応して動作するスイッチ部を有すること
   を特徴とする請求項１に記載の生体信号検出装置。
3. 【請求項３】 前記固定状態検知手段は、前記固定手段
   に設けられる２つの電極を有し、前記固定手段の挟持間
   隔に対応して前記電極間が、導通又は非導通となること
   により、固定状態を検知することを特徴とする請求項１
   に記載の生体信号検出装置。
4. 【請求項４】 前記電極は、導電性のゴムよりなること
   を特徴とする請求項３に記載の生体信号検出装置。
5. 【請求項５】 前記固定状態検出手段は、前記生体信号
   検出手段の検出した生体信号を信号処理することによ
   り、固定状態を検知する信号判別部を有することを特徴
   とする請求項１に記載の生体信号検出装置。
6. 【請求項６】 前記固定状態検知手段は、前記固定手段
   に設けられ、前記固定手段の挟持間隔に応じて変化する
   前記固定手段の歪み量を測定する歪みゲージを備えるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の生体信号検出装置。
7. 【請求項７】 前記固定状態検知手段の検知した固定状
   態に応じて、前記生体信号検出手段への電力供給を遮断
   する電力供給遮断手段をも備えることを特徴とする請求
   項１乃至請求項６のいずれかに記載の生体信号検出装
   置。
8. 【請求項８】 前記固定状態検知手段の検知した固定状
   態に応じて、前記生体信号検出手段への電力供給を開始
   する電力継電手段をも備えることを特徴とする請求項１
   乃至請求項７のいずれかに記載の生体信号検出装置。