JP2003169780A - 光電脈波式脈拍測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 脈拍測定動作の開始と終了を、例えば測定部
位である指先を測定場所（窓部等）に載せるだけで、自
動で行えるようにする。 【解決手段】 脈波センサ窓部２１に載せた指先等の測
定部位２に対して光を照射する発光部３、発光部３から
照射されて測定部位２にて反射された光を受光する受光
部４、受光部４の出力より光電脈波成分を検出する脈波
検出回路５、脈波検出回路６の検出した光電脈波に基づ
いて脈拍数を求めるＣＰＵ６を備える光電脈波式脈拍測
定装置Ｍにおいて、脈波センサ２２の近傍に照度センサ
２５を配置し、ＣＰＵ６により、照度センサ２５が測定
部位２の接近動作による照度変化を検出した際に脈拍測
定動作を開始させ且つ測定部位２の離脱動作による照度
変化を検出した際に脈拍測定動作を終了させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、脈拍を測定しよう
とする測定部位（体表・指先等）に光（主に赤外光）を
照射し、測定部位からの反射光（または透過光）に含ま
れる光電脈波成分を検出して脈拍数を求める光電脈波式
脈拍測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１５は、この種の脈拍測定装置の一般
的構成を示している。この脈拍測定装置１は、脈拍測定
するための所定位置Ａにセットされた測定部位（体表、
指先等）２に対して一定強度の光（主に赤外光）Ｌ１を
照射する発光部（発光手段）３と、該発光部３から照射
されて測定部位２で反射された反射光Ｌ２を受光し電気
信号に変換する受光部（受光手段）４と、該受光部４の
出力より光電脈波成分を検出する脈波検出回路（脈波検
出手段）５と、該脈波検出回路５の検出した脈波信号Ｓ
１に基づいて脈拍数を求める脈拍算出手段とを備えてい
る。脈拍算出手段は、ＣＰＵ６の機能の一部として達成
される。ここで、透過光を受光する場合は、反射光用の
発光部３の代わりに別に設けた発光部３Ｂから測定部位
２に光Ｌ３を照射し、測定部位２を透過した透過光Ｌ４
を受光部４が受光する。

【０００３】脈波検出回路５は、受光部４からの信号に
含まれる脈波成分（光電脈波）を抽出・増幅・波形成形
した脈波信号Ｓ１をＣＰＵ６に入力する。ＣＰＵ６は、
ＲＯＭ７に格納された動作プログラムに基づいて動作
し、脈波検出回路６から出力される脈波信号Ｓ１の検出
間隔（所定時間の検出回数）から脈拍数を算出する他、
脈拍測定に関わる全ての動作を制御する。なお、脈拍と
は、所定時間内の脈波をカウントしたものである。ＣＰ
Ｕ６には、ＣＰＵ６の動作プログラムを格納するＲＯＭ
７、ＣＰＵ６からのデータ類を一時的に格納するＲＡＭ
８、脈拍測定の開始／終了を含めた脈拍測定装置の動作
を指令する操作スイッチ９、測定された脈拍数などを表
示する表示装置１０等が接続されている。また、装置内
の電源回路１１は、ＣＰＵ６の制御により各回路等に電
源を供給する役目を果たす。

【０００４】この脈拍測定装置の動作について説明す
る。脈拍の測定を行う場合は、測定部位２である指先等
を、測定装置１の脈拍測定を行うための所定位置（発光
部３、３Ｂからの光を受ける位置であり、通常は窓があ
いている）に載せ、そして操作スイッチ９をＯＮする。
そうすると、発光部３から照射された光が、測定部位２
にて反射されて受光部４に達する。透過光を利用する場
合は、発光部３Ｂからの光は、測定部位２を透過した
後、受光部４に達する。発光部３、３Ｂの発光光量は一
定、途中の光路の損失も一定であり、測定部位２を通過
する際に血液中のヘモグロビンにより吸光作用が起こる
ため、実際に受光部４に到達する光の強度は、測定部位
２を流れる血流に応じて変動することになる。この変動
成分（光電脈波）が、脈拍検出回路５にて抽出・増幅・
波形成形され、脈波信号Ｓ１としてＣＰＵ６に入力され
る。ＣＰＵ６は、ＲＯＭ７に格納された動作プログラム
に従って、脈波信号Ｓ１の検出間隔から脈拍数を算出
し、測定結果を表示装置１０に表示する。測定が終った
ら、操作スイッチ９をＯＦＦする。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の脈
拍測定装置では、脈拍測定の開始と終了を、操作スイッ
チ９のＯＮ／ＯＦＦで行っているが、測定のたびにＯＮ
／ＯＦＦするのは操作が面倒であり、時にスイッチを切
り忘れる問題があった。

【０００６】本発明は、上記事情を考慮し、脈拍測定動
作の開始と終了を、例えば測定部位である指先を測定場
所（窓部等）に載せるだけで、自動で行えるようにした
光電脈波式脈拍測定装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、脈拍
測定するための所定位置にセットされた指先等の測定部
位に対して光を照射する発光手段と、該発光手段から照
射されて前記測定部位を透過または反射した光を受光す
る受光手段と、該受光手段の出力より光電脈波成分を検
出する脈波検出手段と、該脈波検出手段の検出した光電
脈波に基づいて脈拍数を求める脈拍算出手段とを備えた
光電脈波式脈拍測定装置において、前記脈拍測定するた
めの所定位置に対する前記測定部位の接近離脱動作によ
って外光による照度が変化する位置に照度センサを配置
すると共に、該照度センサが、前記測定部位の接近動作
による照度変化を検出した際に脈拍測定動作を開始させ
且つ前記測定部位の離脱動作による照度変化を検出した
際に脈拍測定動作を終了させる制御手段を設けたことを
特徴とする。

【０００８】ここで、説明の便宜上、前記受光手段を中
心とした部分（発光手段を含めてもよい）は、測定部位
（指先等）からの光電脈波を直接検出する部分であるか
ら、以下においては、分かりやすい用語として「脈波セ
ンサ」と呼ぶこともある。また、この脈波センサに付随
して、光を通すための窓部をケースに開け、その窓部に
指先等の測定部位を載せて脈拍測定を行うのが一般的で
あるから、照度センサを配置した位置を「脈波センサ窓
部近傍」ということもある。また、「指先等の測定部位
を脈拍測定するための所定位置に近づけて載せる」こと
を「指先を近づけて脈波センサ窓部を閉鎖する」と言っ
たり、「測定部位を脈拍測定するための所定位置から離
す」ことを「指先を離して脈波センサ窓部を開放する」
と言ったりすることもある。

【０００９】請求項１の発明では、測定部位（指先等）
を、脈拍測定するための所定位置（脈波センサ窓部）に
接近させると、脈拍センサ窓部近傍に設けられている照
度センサに入射する外光光量が減少するので、制御手段
がそれを検知して脈拍測定動作を開始させる。一方、そ
の状態から測定を終えるために測定部位を離脱させる
と、脈波センサ窓部近傍の照度センサに入射する外光光
量が増大するので、制御手段がそれを検知して脈拍測定
動作を終了させる。このように、測定部位の接近及び離
脱によって脈拍測定動作が自動で開始したり終了したり
するので、いちいち操作スイッチによりＯＮ／ＯＦＦを
指令する必要がなくなる。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１において、前
記制御手段が、等時間隔Ｈ１で前記照度センサの検出す
る照度値をサンプリングし、サンプリングした最新の照
度値を始めとして現時点から過去一定時間Ｈ２内におけ
る複数の照度値を記憶する照度検出記憶手段と、前記照
度値のサンプリング毎に、最新の照度値に基づいて、そ
れよりも高い値として第１のしきい値Ｋ１を設定する第
１のしきい値設定手段と、前記サンプリングの間隔Ｈ１
よりも長い時間であり且つ前記一定時間Ｈ２を超えない
所定時間を測定開始判定時間Ｈ３とし、その測定開始判
定時間Ｈ３内に、前記第１のしきい値Ｋ１を上回る照度
値から最新の照度値への照度低下があった時、脈拍測定
動作を開始する指令を発すると共に、その時の前記第１
のしきい値Ｋ１を記憶する開始判定手段と、前記脈拍測
定動作の開始の指令に基づいて脈拍測定を行っている状
態で、最新の照度値が上昇し、前記記憶された第１のし
きい値Ｋ１を上回った時、脈拍測定動作を終了する指令
を発する終了判定手段と、を有することを特徴とする。

【００１１】一般に脈拍測定装置の設置される環境にお
ける外光照度は、種々の条件（例えば人工的要因など）
により変動する。従って、一定の基準照度（しきい値）
に照らして、指先等の接近離脱動作による照度変化を比
較してみても、適正なＯＮ／ＯＦＦ制御を行えない可能
性がある。例えば、指先が脈波センサ窓部に接近〜接触
する過程で発生する脈波センサ窓部近傍の照度低下量
が、照度低下を開始する時点の照度に対応するしきい値
を下回るか否かで測定開始の判断を行うようにした場
合、人工的要因等による外光照度の変動と、測定部位の
接近〜接触による照度変動とを判別しにくいため、特に
手暗がり等の条件下では、ＯＮ／ＯＦＦの迷動を防ぐの
が難しい。

【００１２】そこで、請求項２の発明では、まず、等時
間隔Ｈ１で照度センサの検出照度値をサンプリングし、
現在に至る過去一定時間Ｈ２内の照度値データを逐次更
新・記憶しておく。そして、新たな照度値のサンプリン
グ毎に、現在の最新の照度値に基づいて、それよりも高
い値を、脈拍開始判定を行うための判定値である第１の
しきい値として設定し、現在に至る所定の測定開始判定
時間Ｈ３内に、第１のしきい値Ｋ１を上回る照度値から
現在の照度値への照度低下があった時に初めて、脈拍測
定動作を開始する指令を発するようにしている。

【００１３】ここで重要なことは、先に過去のデータ
（例えば照度低下を開始し始めた時点の照度値）から第
１のしきい値を設定しておいて、そのしきい値よりも照
度値が低下したら開始指令を発するのではなく、開始す
るか否かを判定する現時点での照度値（つまり照度低下
の終点のデータ）に応じてしきい値を設定し、現在に至
る所定の測定開始判定時間Ｈ３内にそのしきい値を上回
る照度値から現在の照度値への照度低下があった時に、
脈拍測定動作を開始する指令を発するようにしているこ
とである。このように、脈拍開始判定を行うしきい値
を、開始判定を行う現時点（照度低下の終点時）の照度
値に基づいて設定することにより、外光照度の変動に応
じた開始判定の誤動作を防止することができる。

【００１４】また、現在の照度値に基づいて第１のしき
い値を設定すると、脈波センサ窓部を閉鎖して測定を行
っている状態から照度値が徐々に変化するような場合
（つまり、ゆっくりと指先を離していくような場合）、
しきい値も一緒に変化してしまい、適正な終了判定がで
きなくなるおそれがある。

【００１５】そこで、請求項２の発明では、脈拍測定の
開始判定を行った際に使用した第１のしきい値Ｋ１を記
憶しておき、脈拍測定を行っている状態で、最新の照度
値が上昇し、記憶してある第１のしきい値Ｋ１を上回っ
た時に、脈拍測定動作を終了する指令を発するようにし
ている。このように、脈拍測定動作の開始判定を行った
際のしきい値を記憶しておいて、そのしきい値に基づい
て終了判定を行うことにより、適正に測定動作を終了さ
せることができる。

【００１６】請求項３の発明は、請求項２において、前
記制御手段が、更に、前記脈拍測定動作の開始の指令に
基づいて脈拍測定を行っている状態において現在に至る
一定時間を測定中断判定時間Ｈ４とし、その測定中断判
定時間Ｈ４の開始時の照度値に対応させて、当該照度値
とその照度値に対応して設定した第１のしきい値Ｋ１と
の間の適当な値を第２のしきい値Ｋ２として設定する第
２のしきい値設定手段と、前記脈拍測定動作の開始の指
令に基づいて脈拍測定を行っている状態で最新の照度値
が上昇し、前記測定中断判定時間Ｈ４内の照度が前記第
２のしきい値Ｋ２を上回った時、その直前の脈拍測定結
果を保持すると共に、その後の脈拍測定動作を中断する
指令を発する測定中断判定手段と、を有することを特徴
とする。

【００１７】一般に測定終了のため脈波センサ窓部から
指先を離す際には、光電脈波のノイズにより、脈拍測定
値が不正な値で更新される可能性がある。そこで、請求
項３の発明では、その影響が出ないように、終了判定を
行う前段階、つまり、終了判定を行うためのしきい値
（記憶してある第１のしきい値）よりも小さい第２のし
きい値を検出照度値が上回った段階で、一旦測定中断の
判定を下し、その測定中断の直前の脈拍測定結果を保持
するようにしている。つまり、この発明では、測定開始
後も絶えず脈波センサ窓部近傍の照度変化を監視して、
測定動作の終了に備えているのであるが、脈波センサ窓
部近傍の照度が一定量以上上昇して第２のしきい値を超
えた時点で、第１のしきい値に基づいて測定終了の判定
を下すのに先立って、測定を一旦中断し、中断する直前
の測定結果を保持するようにしているのである。

【００１８】このような測定動作終了前の測定中断の判
定は、指先がセンサ窓部から大きく離れる前に行われる
ことになるため、測定結果にノイズの影響が出にくくな
る。そして、最終的な測定終了の判定は、第２のしきい
値よりも大きい、予め記憶された第１のしきい値を検出
照度値が上回った時に行われる。

【００１９】なお、この制御において測定中断の判定
は、その時点に至る一定の測定中断判定時間Ｈ４内にお
いて検出照度値が第２のしきい値を超えたかどうかで行
われ、測定中断判定時間Ｈ４を超えた時間で検出照度値
が第２のしきい値を超えたとしても行われないことにな
る。そこで、測定中断判定時間Ｈ４は、ノイズを含んだ
状態で脈拍測定値の更新が行われない範囲内の値で、且
つ、測定部位の離脱の際の脈波センサ窓部近傍の照度上
昇過程において測定終了前に照度が第２のしきい値を上
回ることが確実に判別可能な適切な値に設定する。ま
た、第２のしきい値は、測定中断判定時間Ｈ４の開始時
の照度値に対応させて、当該照度値と、その照度値に対
応して設定した第１のしきい値〔この第１のしきい値
は、終了判定に使用する第１のしきい値（開始判定時に
記憶されたもの）とは違う〕との間の適当な値に設定す
る。

【００２０】請求項４の発明は、請求項３において、前
記制御手段が、更に、前記脈拍測定動作の中断の指令に
基づいて脈拍測定を中断した際の前記第２のしきい値よ
り僅かに低い値を第３のしきい値として設定する第３の
しきい値設定手段と、前記脈拍測定動作の中断の指令に
基づいて脈拍測定を中断している状態で最新の照度値が
前記第３のしきい値Ｋ３を下回った時、脈拍測定を再開
する指令を発する再開判定手段と、を有することを特徴
とする。

【００２１】前記請求項３の発明における測定中断の判
定機能は、測定中の脈波センサ窓部と測定部位との接触
状態（必ずしも接触でなくても可）の監視にも利用可能
である。例えば、測定中に両者の接触が不完全になっ
て、脈波センサ窓部近傍の照度が一定量以上上昇した場
合にも、請求項３の発明の機能によれば、測定が中断さ
れる。しかし、このまま中断されたままであると、その
後、正しく接触が行われるようになった場合にも、測定
が再開されないことになる。そこで、請求項４の発明で
は、不完全な接触状態が解消されて、適正な接触状態が
確保されたら、測定が再開されるようにしている。即
ち、測定中断の状態から、検出照度値が一定の条件を満
たす値に復帰した際には測定を再開する。

【００２２】請求項５の発明は、請求項１において、前
記照度センサを第１の照度センサとした場合、前記脈拍
測定するための所定位置に対する前記測定部位の接近離
脱動作によって外光による照度が影響を受けにくい位置
に、外光照度を検出するための第２の照度センサを配置
し、前記制御手段が、前記第２の照度センサの検出値を
基準にして、前記脈拍測定するための所定位置に対する
前記測定部位の接近離脱動作に伴う前記第１の照度セン
サの検出値に応じて脈拍測定動作の開始及び終了判定を
行うことを特徴とする。

【００２３】この発明では、脈波センサ窓部に対する測
定部位の接近離脱動作に影響されにくい位置に、常時、
外光照度を検出する第２の照度センサを設け、その第２
の照度センサで検出した外光照度に応じて決めたしきい
値と、第１の照度センサで検出した脈波センサ近傍部の
照度値との比較により、測定の開始／終了の判断を行う
ようにしている。従って、照度センサを２個使用するも
のの、人工的要因等による外光照度の変動の影響を受け
ずに、脈拍測定動作のＯＮ／ＯＦＦ制御を適正に行うこ
とができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。なお、既に説明した要素について
は、図中に同一符号を付すことにより、説明を簡略化す
る。

【００２５】図１は実施形態の脈拍測定装置Ｍの構成を
示すブロック図、図２は脈波センサ窓部２１と、脈波セ
ンサ２２と、測定部位２である指先との関係を示す断面
図である。この脈拍測定装置Ｍは、外装体としてのケー
ス２０の上面に、脈波センサ窓部２１を有している。こ
の脈波センサ窓部２１には、例えば透明なガラスが嵌め
られており、被検者は、測定部位２である指先等をこの
窓部２１に載せることで脈拍測定を行う。そのため、窓
部２１の外面位置が、脈拍測定するための所定位置に相
当する。

【００２６】窓部２１の内側には脈波センサ２２が配置
されている。脈波センサ２２は、窓部２１に載せられた
測定部位２に対して一定強度の光（主に赤外光）を照射
する発光部（発光手段）３と、該発光部３から照射され
て測定部位２で反射された反射光を受光して電気信号に
変換する受光部（受光手段）４とを含んで構成されてい
る。発光部３としては、例えば発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）が使用できる。受光部４の出力信号は脈波検出回路
（脈波検出手段）５に入力され、ここで光電脈波成分を
抽出・増幅・波形成形して生成された脈波信号Ｓ１はＣ
ＰＵ６に入力される。

【００２７】ＣＰＵ６は、ＲＯＭ７に格納された動作プ
ログラムに基づいて動作し、脈波検出回路６から送られ
てくる脈波信号Ｓ１の検出間隔（所定時間の検出回数）
から脈拍数を算出する。なお、透過光を使用して脈拍を
測定する場合は、受光部４に対向させて透過光用の発光
部３Ｂを設ける。ＲＯＭ７の他、ＲＡＭ８、操作スイッ
チ９、表示装置１０は、図１５のものと同じようにＣＰ
Ｕ６に付属している。また、乾電池等よりなる電源回路
１１が付属している。この電源回路１１は、ＣＰＵ６に
より電源供給が制御される。

【００２８】また、この脈拍測定装置Ｍでは、新たに、
脈波センサ２２の近傍位置に、可視光を検出可能な照度
センサ２５を設けている。この照度センサ２５は、脈拍
測定するために脈波センサ窓部２１に測定部位２を接近
させたり窓部２１から離脱させたりする動作によって外
光による照度が変化する位置に設けられており、測定部
位２の接近離脱動作による脈波センサ窓部２２近傍の照
度変化を検出する。この照度センサ２５は、前記受光部
４と同様の例えばフォトダイオードやフォトトランジス
タ等の受光素子からなる。なお、脈波センサ２２の中
に、受光部４や発光部３と一緒に照度センサ２５を配置
してもよいし、信号処理などを工夫することにより、受
光部４で照度センサ２５を兼用することも可能である。
また、発光部３、受光部４、照度センサ２５の配置や順
序は任意に決めてよい。

【００２９】照度センサ２５の出力は、照度測定回路２
６に入力される。照度測定回路２６は、照度センサ２５
の出力信号を所定レベルまで増幅し、Ａ／Ｄコンバータ
２７を介して、ＣＰＵ６に入力させる。照度センサ２５
は、広範なダイナミックレンジを持つ外光照度を検出す
るため、照度測定回路２６は、照度センサ２５の出力信
号レベルを対数圧縮してＡ／Ｄコンバータ２７に入力さ
せる。そのため、照度測定回路２６は、回路構成として
対数増幅回路を採用している。これにより、広範なダイ
ナミックレンジを持つ外光照度を、十分な測定精度で測
定することができる。そして、ＣＰＵ６は、照度センサ
２５の検出信号の変化に基づいて脈拍測定のＯＮ／ＯＦ
Ｆ制御を行う。

【００３０】次に上記脈拍測定装置Ｍの制御の内容と動
作について説明する。ここでは、まず、図３及び図４を
用いて制御の大まかな内容を説明する。図３（ａ）〜
（ｄ）は脈拍測定装置Ｍに対するいつくかの状態を示し
ている。

【００３１】（ａ）は脈波センサ窓部２１に測定部位２
である指先が接触していない状態を示している。この状
態では、脈波センサ窓部２１が開放であるため、脈波セ
ンサ２２窓部近傍〔照度センサ２５の配置されている辺
りを指す＝以降のおいては「脈波センサ２２近傍
（部）」とも言う〕の照度は、脈拍測定装置Ｍの周囲の
外光照度に依存した値となる。

【００３２】（ｂ）は脈波センサ窓部２１に測定部位２
である指先が接触した状態を示している。この状態で
は、脈波センサ窓部２１が測定部位２で塞がれるため、
窓部２１を通しての外光の侵入が遮断され、脈波センサ
２２近傍の照度が低下する。この場合、測定部位２であ
る指先の内部を貫通する光や側方からの漏洩光などによ
り、脈波センサ２２近傍の照度は完全にはゼロとなら
ず、受光照度は落ちるものの外光照度に依存した値とな
る。

【００３３】（ｃ）は脈拍測定が開始された状態を示し
ている。ＣＰＵ６は、脈波センサ２２近傍の照度の減少
から、脈波センサ窓部２１への測定部位２の接触を認識
し、脈拍測定を開始する。即ち、発光部３及び脈波検出
回路５への電源供給をＯＮとし、発光部３から赤外光を
発光して測定部位２に照射し、測定部位２からの反射光
を受光部４で受光し、その信号に含まれる光電脈波から
脈拍を測定する。

【００３４】（ｄ）は脈波センサ窓部２１から測定部位
２を離脱させた状態を示している。測定部位２が脈波セ
ンサ窓部２１から離脱すると、窓部２１が開放されるの
で、脈波センサ２２近傍の照度は外光照度に近い値まで
上昇する。ＣＰＵ６は、脈波センサ２２近傍の照度の上
昇から、測定部位２の窓部２１からの離脱を認識し、発
光部３、脈波検出回路５の電源をＯＦＦとし、脈拍測定
を終了する。

【００３５】また、ＣＰＵ６は、脈拍測定を終了する前
段階において、脈波センサ２２近傍部の照度の上昇量が
一定の値に達したと判断したとき、直前の脈拍測定結果
を保持して、脈拍の測定を中断する。

【００３６】また、図５に示すように、測定中に脈波セ
ンサ窓部２１に対する測定部位２の接触が不完全になっ
た時は、ＣＰＵ６は次のように制御する。まず、脈波セ
ンサ２２近傍の照度の上昇量が一定の値に達したとき、
脈波センサ窓部２１と測定部位２との接触が不完全な状
態であると判断し、直前の測定結果を保持して、脈拍測
定を中断する。そして、この状態から脈波センサ２２近
傍の照度が一定量低下したときは、脈波センサ窓部２１
と測定部位２とが正常な接触状態に復帰したと判断し、
脈拍測定を再開する。

【００３７】なお、これらの制御において、判断基準の
ためのしきい値は全て、測定を開始する時点の外光照度
を参照して自動設定される。

【００３８】次に測定開始の判定を行うための制御原理
について説明する。図５は２つのグラフ（ａ）、（ｂ）
を合わせて示している。左のグラフ（ａ）において、直
線Ｐは、脈波センサ窓部２１が開放（測定部位２が窓部
２１に非接触）された状態での脈波センサ２２近傍部の
照度変化を示す。脈波センサ２２近傍部の照度は、外光
照度に依存して変化する。また、直線Ｑは、脈波センサ
窓部２１が閉鎖（測定部位２が窓部２１に接触）状態で
の脈波センサ２２近傍部の照度変化を示す。外光照度の
上昇に伴い、測定部位２を貫通する光や接触部分の漏洩
光等も光量が増すため、この直線Ｑも外光照度に依存し
て変化する。

【００３９】このグラフにおいて、Ｂは、外光照度Ａの
ときの脈波センサ窓部２１開放時の脈波センサ２２近傍
部の照度である。また、Ｃは、外光照度Ａのときの脈波
センサ窓部２１閉鎖時の脈波センサ２２近傍部の照度で
ある。外光照度がＡのとき、測定部位２を脈波センサ窓
部２１に接触させると、脈波センサ２２近傍部の照度が
ＢからＣに減少する。右のグラフ（ｂ）はその様子を、
時間経過を横軸にして表している。

【００４０】ここで、第１の実施形態として示す制御例
では、測定開始を決定する第１のしきい値Ｋ１を、脈波
センサ窓部２１開放時（窓部閉鎖時ではない）の脈波セ
ンサ２２近傍部の照度を参照し、予め決められたルール
に従い自動決定している。この第１のしきい値Ｋ１は、
グラフ（ａ）に示すように、外光照度に応じて変化す
る。グラフ（ａ）において、Ｄは、外光照度Ａのときの
第１のしきい値である。グラフ（ｂ）に示すように、外
光照度Ａのとき、脈波センサ２２近傍部の照度がＤのレ
ベルを下回ったとき、測定部位２の脈波センサ窓部２１
への接触と認識して、脈拍測定を開始する。なお、脈拍
測定の動作の内容は先に述べたものと同じであり、ここ
では説明を省略する。

【００４１】ところで、検討した結果、前記の開始判定
方法には、次のような問題があることが分かった。即
ち、前記の方法は、測定部位２が窓部２１に接近〜接触
する過程で発生する脈波センサ２２近傍部の照度低下量
が、照度低下を開始する時点の照度値に対応して設定し
た第１のしきい値Ｋ１を下回るか否かで、測定開始の判
断を行うようにしている。しかし、この方法であると、
外光照度の変動により測定開始判定が適正に行われない
場合があり得ることが分かった。

【００４２】例えば、人工的要因等による外光照度の変
動がある場合、外光照度の変動と、測定部位２の窓部２
１への接近〜接触による照度低下との判別が困難・不可
能であり、このため手暗がり等による迷動を防ぐのが難
しい。また、脈波センサ２２近傍部が照度低下を開始す
る時点の確定が難しく、この開始時点の外光照度に応じ
て第１のしきい値Ｋ１を決めているので、適切なしきい
値が設定されない可能性がある。そのため、適正な開始
判定がなされない可能性がある。

【００４３】それを解消する方法として、図６に示す装
置のように、脈波センサ２２の近傍で且つ測定部位２の
接近〜接触動作に全く影響されない位置に、前記の照度
センサ（第１の照度センサ）２５と同じ特性を持つ別の
照度センサ（第２の照度センサ）３０と、その受光窓３
１を設け、その第２の照度センサ３０で現在の外光照度
を常時観測し、第１の照度センサ２５で測定した脈波セ
ンサ２２近傍部の照度値が、別途設けた第２の照度セン
サ３０で測定した現在の外光照度に対応して決めた測定
開始判定のための第１のしきい値以下に減少したことを
もって、測定開始の判断をする、というものが考えられ
る（第２の実施形態）。

【００４４】ここで、脈波センサ窓部２１と、別途設け
た第２の照度センサ３０の窓部（受光窓３１）は互いに
近傍に位置するため、両者で測定される外光照度は、ほ
ぼ同一であると見ることができる。従って、ここでしき
い値の設定のために参照する外光照度の変動は、測定開
始判定にほとんど影響を及ぼさないことになる。

【００４５】しかし、この方法の場合、照度センサ２
５、３０が２個必要であり、コスト面や構造面で不利で
ある。また、２つの照度センサ２５、３０の特性が、装
置の使用可能外光照度範囲内の全域でほぼ一致している
必要があるため、調整及び性能の確認作業が繁雑になる
というデメリットもある。

【００４６】そこで、第３の実施形態の脈拍測定装置で
は、図６の例のようなハード的な工夫ではなく、ソフト
的な処理により、前記の問題をクリアした。つまり、第
３の実施形態では、図１に示すように１個の照度センサ
２５及び１個の照度測定回路２６を用いた構造で、ＣＰ
Ｕ６の処理の仕方に工夫を加えることにより、人工的要
因等による外光照度の変動に影響されない脈拍開始／終
了制御ができるようにした。

【００４７】以下、その制御内容について詳しく説明す
る。まず、この制御においては、ＣＰＵ（制御手段に相
当）６は、図７に示すように、等時間隔Ｈ１で照度セン
サ２５の検出する照度値（脈波センサ近傍部照度）をサ
ンプリングし、サンプリングした最新の照度値を始めと
して現時点から過去一定時間（直近の過去一定時間）Ｈ
２内における複数の照度値データ（図示例では、ｎ−６
〜ｎのデータ）を更新・記憶する。次に、ＣＰＵ６は、
サンプリング間隔Ｈ１よりも長い時間であり且つ前記一
定時間Ｈ２を超えない所定時間を測定開始判定時間Ｈ３
とし、図８に示すように、その測定開始判定時間Ｈ３内
における照度変化量Ｕを求める。ここでは、Ｈ２＝Ｈ３
としてある。

【００４８】また、ＣＰＵ６は、照度値のサンプリング
毎に、最新（現在時刻）の照度値に基づいて、それより
も高い値として第１のしきい値Ｋ１を設定する。この第
１のしきい値Ｋ１は、脈拍測定開始判定のための基準値
であり、外光照度に依存する値として定める。図９
（ａ）に示す左側のグラフは、外光照度と、脈波センサ
窓部開放時の脈波センサ近傍部照度Ｐ及び脈波センサ窓
部閉鎖時の脈波センサ近傍部照度Ｑの関係、並びに、Ｑ
の値の変化に応じて決定される第１のしきい値Ｋ１の関
係を示す。

【００４９】脈波センサ窓部２１に指先等の測定部位２
を接触させて窓部２１を閉鎖したときの脈波センサ近傍
部照度Ｑは、個人差などにより多少のばらつきを示す。
第１のしきい値Ｋ１は、窓部２１を開放しているときの
照度が、窓部２１を開から閉へ操作することによってど
こまで下がったかをもって決定するもの（つまり開始判
定を行う時点の照度値に基づいて決定するもの）である
ため、Ｑの値のばらつきによる影響を考慮して決定す
る。また、図９（ｂ）に示す右側のグラフは、外光照度
がＡであるときの、脈波センサ近傍部の照度変化（窓部
開→閉の変化）の例を示している。

【００５０】次に第１のしきい値Ｋ１を使用して行う測
定開始判定の内容を説明する。ＣＰＵ６は、測定開始判
定時間Ｈ３内に、第１のしきい値Ｋ１を上回る照度値か
ら最新の照度値への照度低下があった時、脈拍測定動作
を開始する指令を発して具体的な測定動作（発光部３や
脈波測定回路５に電源を供給する等）を開始させると共
に、その時に使用した第１のしきい値Ｋ１を記憶する。

【００５１】図１０を用いて、測定動作を開始すると判
定する場合と、開始しないと判定する場合の例を説明す
る。ここでは、２つの異なる外光照度Ａ、Ｂの場合につ
いて述べる。（ａ）のグラフは、脈波センサ窓部２１に
測定部位２を載せたときの照度Ｑと第１のしきい値Ｋ１
の関係を示し、（ｂ）のグラフは、外光照度がＡ、Ｂの
ときの照度変化の各例（Ａ−１）、（Ａ−２）、（Ｂ−
１）、（Ｂ−２）を示す。

【００５２】（Ａ−１）のケースでは、照度値が、測定
開始判定時間Ｈ３内に第１のしきい値Ｋ１を上回ったレ
ベルから現在の値（外光照度ＡのときのＱの値）まで低
下してきている。従って、測定開始の判定を下す。

【００５３】（Ａ−２）のケースでは、照度値が、測定
開始判定時間Ｈ３内に第１のしきい値Ｋ１より低いレベ
ルから現在の値（外光照度ＡのときのＱの値）まで低下
してきている。従って、第１のしきい値Ｋ１を上回った
値からの照度低下ではないから、測定開始の判定を下さ
ない。

【００５４】（Ｂ−１）のケースでは、照度値が、測定
開始判定時間Ｈ３内に第１のしきい値Ｋ１を上回ったレ
ベルから現在の値（外光照度ＢのときのＱの値）まで低
下してきている。従って、測定開始の判定を下す。

【００５５】（Ｂ−２）のケースでは、照度値が、測定
開始判定時間Ｈ３内に第１のしきい値Ｋ１より低いレベ
ルから現在の値（外光照度ＢのときのＱの値）まで低下
してきている。従って、第１のしきい値Ｋ１を上回った
値からの照度低下ではないから、測定開始の判定を下さ
ない。

【００５６】別の言い方をすると、現在の照度値に至る
直前の規定時間（測定開始判定時間Ｈ３）内の照度変化
量が、現在の照度値（外光照度に依存）で決まる所定値
（現在の照度値と第１のしきい値Ｋ１との差）よりも大
きいときに、測定開始の判定を下す。

【００５７】図１１は、測定開始の判定がどのタイミン
グで行われるかの例を示している。左側の（ａ）のグラ
フは、脈波センサ近傍部の照度と第１のしきい値Ｋ１の
関係を示し、右側の（ｂ）のグラフは、実際に脈波セン
サ窓部２１に対して測定部位２を載せたときの照度変化
を示す。脈波センサ窓部２１に対して測定部位２を載せ
たとき、窓部２１は徐々に塞がれることになるので、照
度値は右下がりに変化する。（ｂ）に示すように、第１
のしきい値Ｋ１は、検出した時点の照度値に応じて変化
する。いま、照度値が、測定部位２の脈波センサ窓部２
１への接触に伴って右下がりに変化しているので、第１
のしきい値Ｋ１も右下がりに追従して変化している。

【００５８】Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅはサンプリングのタイ
ミングであり、各タイミングで、照度値が検出され、そ
の照度値に基づいて第１のしきい値Ｋ１が設定され、そ
の第１のしきい値Ｋ１を基準にして測定開始の判定がな
される。例えば、Ａ点では測定開始判定時間Ｈ３内の照
度変化量がＵＡ、Ｂ点では測定開始判定時間Ｈ３内の照
度変化量がＵＢ、Ｃ点では測定開始判定時間Ｈ３内の照
度変化量がＵＣ、Ｄ点では測定開始判定時間Ｈ３内の照
度変化量がＵＤ、Ｅ点では測定開始判定時間Ｈ３内の照
度変化量がＵＥと算出される。

【００５９】そして、現在の照度値（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、
Ｅのタイミングでの照度値）までの照度低下が、第１の
しきい値Ｋ１を上回ったレベルからのものであったこと
が検出されたとき（つまり、ＵＡ、ＵＢの変化はそれに
該当せず、ＵＣの変化が初めてそれに該当する）、脈波
センサ窓部２１へ測定部位２が確実に接触したと認識
し、測定開始の判定を下す。

【００６０】いったん測定開始の判定が下されて測定動
作が開始すると、ＣＰＵ６は、測定終了の判定に備えて
照度値を常時観測する。次に測定終了の判定の仕方を説
明する。

【００６１】図１２に示すように、基本的に、ＣＰＵ６
は、脈拍測定動作の開始の指令（図のＸ１のタイミング
で出される）に基づいて脈拍測定を行っている測定中の
状態で、最新の照度値が上昇し、予め測定開始時に記憶
しておいた第１のしきい値Ｋ１を上回ったと判断した時
（図のＸ２のタイミング）、脈拍測定動作を終了する指
令を発して、具体的な測定動作（発光部３や脈波測定回
路５に電源を供給する等）を終了させる。

【００６２】ここで、測定の終了に備えてＣＰＵ６は、
実際の終了判定の直前に測定中断の判定を下し、直前の
脈拍測定値を記憶する処理を行う。これは、脈波センサ
窓部２１から測定部位２を離脱させた際のノイズ（雑音
等）により、測定終了直前の脈拍測定値に影響を及ぼさ
ないようにするための措置である。

【００６３】そのために、ＣＰＵ６は、まず、測定中断
の判定基準となる第２のしきい値Ｋ２を設定する。その
場合、脈拍測定動作の開始の指令に基づいて脈拍測定を
行っている状態において現在に至る一定時間を測定中断
判定時間Ｈ４とし、その測定中断判定時間Ｈ４の開始時
の照度値に対応させて、当該照度値と、その照度値に対
応して設定した第１のしきい値Ｋ１との間の適当な値を
第２のしきい値Ｋ２として設定する。

【００６４】例えば、図１３に示すように、第２のしき
い値Ｋ２は、測定中断判定時間Ｈ４の開始時の照度値
と、それに対する第１のしきい値Ｋ１との差Ｙの２／３
よりも低い値に設定する。

【００６５】そして、脈拍測定動作の開始の指令に基づ
いて脈拍測定を行っている状態で、最新の照度値が上昇
し、測定中断判定時間Ｈ４内の照度が第２のしきい値Ｋ
２を上回った時、その直前の脈拍測定結果を保持すると
共に、その後の脈拍測定動作を中断する。この段階で
は、脈拍測定回路５の電源はＯＦＦとせず、いつでも測
定再開可能な状態を保つ。ここで、更に脈波センサ近傍
部の照度が上昇し、測定開始時の第１のしきい値Ｋ１を
上回ったときは測定を終了し、脈拍測定回路５の電源を
ＯＦＦする（図１２参照）。

【００６６】このように、測定動作の終了前に測定を中
断することにより、脈波センサ窓部２１から測定部位２
を離脱させた際に生じる光源脈波のノイズによる脈拍測
定値の不正な更新が防止される。

【００６７】なお、終了前の確実な測定中断を実現する
ために、測定中断判定時間Ｈ４は、ノイズを含んだ状態
で脈拍測定値の更新が行われない範囲内の値で、且つ、
測定部位の離脱の際の脈波センサ窓部近傍の照度上昇過
程において測定終了前に照度が第２のしきい値Ｋ２を上
回ることが確実に判別可能な適切な値に設定する必要が
ある。

【００６８】ところで、前記の測定中断の機能は、脈波
センサ窓部２１に対する測定部位２の不完全な接触状態
を検出する機能としても利用することができる。例え
ば、測定中に、両者の接触が不完全になって、脈波セン
サ近傍部の照度が一定量以上上昇した場合（第２のしき
い値Ｋ２を超えた場合）、直前の測定結果を保持して測
定動作を停止させることができる。

【００６９】このような不完全接触の場合、照度値が一
定の条件を満たす値に復帰したときには測定を再開する
必要がある。そこで、ＣＰＵ６は、測定再開を判定する
ための基準値として第３のしきい値Ｋ３を設定してい
る。第３のしきい値Ｋ３は、図１４に示すように、脈拍
測定動作の中断の指令に基づいて脈拍測定を中断した際
の前記第２のしきい値Ｋ２よりも僅かに低い値として設
定する。

【００７０】そして、ＣＰＵ６は、脈拍測定動作の中断
の指令（図のＸ３のタイミングで出される）に基づいて
脈拍測定を中断している状態で、最新の照度値が第３の
しきい値Ｋ３を下回った時（図のＸ４のタイミング）、
脈拍測定を再開する指令を発する。

【００７１】以上のように、本脈拍測定装置は、被検者
が指先等の測定部位２を脈波センサ窓部２１に接触・離
脱させるだけで、外光照度の変動する条件下でも、自動
的に脈拍測定動作を開始させたり終了させたり中断させ
りすることができるので、操作性が向上する。また、導
電部材が露出しがちな電気的切り替えスイッチを用いず
に、光デバイスを用いているので、比較的密閉が容易で
あり、防水構造を取りやすく、プール等に設置する場合
に有用である。

【００７２】なお、脈拍検出に関して言えば、測定した
脈拍数に応じて脈波のサンプリング数を変更してもよ
い。例えば、低い脈拍数のときはサンプリング数を少な
くし、高い脈拍数のときはサンプリング数を多くするこ
とで、測定精度を高めることができる。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
指先等の測定部位を脈拍測定するために測定装置の所定
位置（例えば窓部）に接近（または接触）させるだけ
で、脈拍測定動作を自動的に開始させることができる
し、測定部位を所定位置から離すだけで、脈拍測定動作
を自動的に終了させることができる。従って、操作性が
良くなると共に、無駄な電源エネルギを極力減らせる。
また、請求項２の発明によれば、人的要因等による外光
照度の変動があっても、適正な開始／終了制御を行うこ
とができる。また、請求項３の発明によれば、測定終了
時のノイズの影響を防止して、測定終了後も最後に測定
された測定値を正しく表示し続けることができる。ま
た、請求項４の発明によれば、測定部位の不完全接触に
も対応できる。また、請求項５の発明のように、照度セ
ンサを２つ設けることにより、ソフト的な対策によらず
に、請求項２の発明と同様の効果を奏することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の光電脈波式脈拍測定装
置の構成を示すブロック図である。

【図２】同装置の要部概念図である。

【図３】（ａ）〜（ｄ）は同装置の作用説明図である。

【図４】同装置の別の作用説明図である。

【図５】同装置の制御内容の説明図で、（ａ）は外光照
度に対する脈波センサ近傍部照度と第１のしきい値の関
係を示すグラフ、（ｂ）は脈波センサ近傍部の照度変化
を示すグラフである。

【図６】本発明の第２実施形態の光電脈波式脈拍測定装
置の要部概念図である。

【図７】本発明の第３実施形態の制御内容を説明するた
めの図で、脈波センサ近傍部の照度変化と照度値のサン
プリングの方法を示す図である。

【図８】同制御内容の説明図で、測定開始判定時間Ｈ３
内の照度変化量Ｕの捉え方を示す図である。

【図９】同制御内容の説明図で、（ａ）は外光照度に対
する脈波センサ近傍部照度と第１のしきい値の関係を示
すグラフ、（ｂ）は照度変化を示すグラフである。

【図１０】同制御内容の説明図で、（ａ）は外光照度に
対する脈波センサ近傍部照度と第１のしきい値の関係を
示すグラフ、（ｂ）はどのような照度変化があった場合
に測定開始の判定を下すか下さないか、その例を示すグ
ラフである。

【図１１】同制御内容の説明図で、（ａ）は外光照度に
対する脈波センサ近傍部照度と第１のしきい値の関係を
示すグラフ、（ｂ）は照度変化と測定開始判定のタイミ
ングの関係を示すグラフである。

【図１２】同制御内容の説明図で、照度変化と測定開始
判定、測定終了判定のタイミングの関係を示すグラフで
ある。

【図１３】同制御内容の説明図で、測定中断の判定を下
すための第２のしきい値Ｋ２の設定の仕方を示す図であ
る。

【図１４】同制御内容の説明図で、測定中断と測定の再
開の判定を下すタイミングを示す図である。

【図１５】従来の脈拍測定装置の概略構成図である。

【符号の説明】

Ｍ 光電脈波式脈拍測定装置 ２ 測定部位（指先等） ３ 発光部（発光手段） ４ 受光部（受光手段） ５ 脈波検出回路（脈波検出手段） ６ ＣＰＵ（制御手段） ２１ 脈波センサ窓部 ２２ 脈波センサ ２５ 照度センサ（第１の照度センサ） ２６ 照度測定回路 ３０ 第２の照度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大城 進 東京都台東区雷門１−16−４ 日本精密測 器株式会社内 Ｆターム(参考） 4C017 AA10 AB03 AC26 FF19

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】脈拍測定するための所定位置にセットされ
   た指先等の測定部位に対して光を照射する発光手段と、
   該発光手段から照射されて前記測定部位を透過または反
   射した光を受光する受光手段と、該受光手段の出力より
   光電脈波成分を検出する脈波検出手段と、該脈波検出手
   段の検出した光電脈波に基づいて脈拍数を求める脈拍算
   出手段とを備えた光電脈波式脈拍測定装置において、 前記脈拍測定するための所定位置に対する前記測定部位
   の接近離脱動作によって外光による照度が変化する位置
   に照度センサを配置すると共に、該照度センサが、前記
   測定部位の接近動作による照度変化を検出した際に脈拍
   測定動作を開始させ且つ前記測定部位の離脱動作による
   照度変化を検出した際に脈拍測定動作を終了させる制御
   手段を設けたことを特徴とする光電脈波式脈拍測定装
   置。
2. 【請求項２】前記制御手段が、 等時間隔Ｈ１で前記照度センサの検出する照度値をサン
   プリングし、サンプリングした最新の照度値を始めとし
   て現時点から過去一定時間Ｈ２内における複数の照度値
   を記憶する照度検出記憶手段と、 前記照度値のサンプリング毎に、最新の照度値に基づい
   て、それよりも高い値として第１のしきい値Ｋ１を設定
   する第１のしきい値設定手段と、 前記サンプリングの間隔Ｈ１よりも長い時間であり且つ
   前記一定時間Ｈ２を超えない所定時間を測定開始判定時
   間Ｈ３とし、その測定開始判定時間Ｈ３内に、前記第１
   のしきい値Ｋ１を上回る照度値から最新の照度値への照
   度低下があった時、脈拍測定動作を開始する指令を発す
   ると共に、その時の前記第１のしきい値Ｋ１を記憶する
   開始判定手段と、 前記脈拍測定動作の開始の指令に基づいて脈拍測定を行
   っている状態で、最新の照度値が上昇し、前記記憶され
   た第１のしきい値Ｋ１を上回った時、脈拍測定動作を終
   了する指令を発する終了判定手段と、 を有することを特徴とする請求項１記載の光電脈波式脈
   拍測定装置。
3. 【請求項３】前記制御手段が、更に、 前記脈拍測定動作の開始の指令に基づいて脈拍測定を行
   っている状態において現在に至る一定時間を測定中断判
   定時間Ｈ４とし、その測定中断判定時間Ｈ４の開始時の
   照度値に対応させて、当該照度値とその照度値に対応し
   て設定した第１のしきい値Ｋ１との間の適当な値を第２
   のしきい値Ｋ２として設定する第２のしきい値設定手段
   と、 前記脈拍測定動作の開始の指令に基づいて脈拍測定を行
   っている状態で最新の照度値が上昇し、前記測定中断判
   定時間Ｈ４内の照度が前記第２のしきい値Ｋ２を上回っ
   た時、その直前の脈拍測定結果を保持すると共に、その
   後の脈拍測定動作を中断する指令を発する測定中断判定
   手段と、 を有することを特徴とする請求項２記載の光電脈波式脈
   拍測定装置。
4. 【請求項４】前記制御手段が、更に、 前記脈拍測定動作の中断の指令に基づいて脈拍測定を中
   断した際の前記第２のしきい値より僅かに低い値を第３
   のしきい値として設定する第３のしきい値設定手段と、 前記脈拍測定動作の中断の指令に基づいて脈拍測定を中
   断している状態で最新の照度値が前記第３のしきい値Ｋ
   ３を下回った時、脈拍測定を再開する指令を発する再開
   判定手段と、 を有することを特徴とする請求項３記載の光電脈波式脈
   拍測定装置。
5. 【請求項５】前記照度センサを第１の照度センサとした
   場合、前記脈拍測定するための所定位置に対する前記測
   定部位の接近離脱動作によって外光による照度が影響を
   受けにくい位置に、外光照度を検出するための第２の照
   度センサを配置し、前記制御手段が、前記第２の照度セ
   ンサの検出値を基準にして、前記脈拍測定するための所
   定位置に対する前記測定部位の接近離脱動作に伴う前記
   第１の照度センサの検出値に応じて脈拍測定動作の開始
   及び終了判定を行うことを特徴とする請求項１記載の光
   電脈波式脈拍測定装置。