JP2017006438A - 脈拍検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】身体の上下動を伴う運動や耳への装着が苦痛となることなく、内蔵した電池において十分な電池寿命を確保できる耳装着型の脈拍検出装置を提供する。【解決手段】脈拍検出装置２は、本体筐体１０とクリップ部２０とで耳たぶ１ｃを挟み込んだ状態で、円柱状の頭部１２が耳穴１ａを囲む耳の窪み１ｂに嵌まり込んで、本体筐体１０が耳面上に保持される。頭部１２の外周面は、耳の窪み１ｂの内壁に片当たりすることなく、緩く保持されている。耳穴１ａを覆う耳の突起１ｄが頭部１２を拘束しているので、クリップ部２０の比較的に弱い耳たぶの挟み込み力でも頭部１２が耳の窪み１ｂから脱落したり、クリップ部２０が位置ずれしたりすることが阻止されるので、受光部の出力信号のＳＮ比が高まり、発光部の出力を低下させて電池寿命を延ばすことができる。【選択図】図１

Description

本発明は、ユーザーの耳たぶに測定光を透過させて脈拍を検出する耳装着型の脈拍検出装置に関する。

耳たぶに測定光を透過させて検出したユーザーの単位時間当たり脈拍数に応じたリズム音を出力して、ジョギング等の運動を補助する耳装着型のリズム装置が提案されている（特許文献１）。また、耳たぶに測定光を透過させて計測したユーザーの単位時間当たり脈拍数を音声出力する耳装着型の脈拍検出装置が提案されている（特許文献２）。

一方、耳に装着して任意に設定した毎分拍数のリズム音を出力する耳装着型のリズム装置が提案されている（特許文献３）。ここでは、電池と電子ブザーとを重ねて収容した頭部を耳穴の周囲の窪みに保持させた状態で耳たぶをクリップで挟み込むことにより、ジョギングのような身体の上下動を伴う運動を行っても、耳上にリズム装置を安定して保持できるようにしている（特許文献３）。

特開２００２−１２６１５２号公報 特開２００４−２０９１５７号公報 特開２０００−５１４２２号公報

特許文献２に示されるように、「耳装着型の脈拍検出装置」は、外部の電池や機器を必要とせず、単独で使用できることが望まれる。しかし、耳たぶに測定光を通過させて十分なＳＮ比で脈拍信号を得ようとすると、測定光を発生させるために大きな電力を要して、電池寿命が短くなる。このため、「耳装着型の脈拍検出装置」において十分な電池寿命を確保しようとすると、大型の電池を収容する必要がある（特許文献２）。

しかし、大型の電池を収容してリズム装置が大型化、重量化すると、耳へ装着してジョギングのような身体の上下動を伴う運動を行うことが苦痛となる（特許文献１）。耳に装着して運動を補助する用途に関しては、特許文献３に示されるように、軽くて、上下動を伴う運動を行っても耳に苦痛を及ぼさないことが極めて重要である。

加えて、脈拍検出装置が重くなると、身体の上下動によって耳たぶ上で脈拍検出装置が不規則に位置ずれして、耳たぶを透過する測定光の状態が不安定になり、検出した脈拍信号のノイズが増えて、単位時間当たり脈拍数の正確な検出が難しくなる。脈拍信号のＳＮ比を高めるために強い測定光を用いると、さらに電池寿命が低下してしまう。

また、耳を透過させる測定光を安定させるために、クリップの挟み込み力を大きくすると、脈拍検出装置を耳へ装着すること自体が苦痛となる。

本発明は、耳装着型の脈拍検出装置において、装着や身体の上下動を伴う運動が苦痛となることなく、電源として使用される電池の電池寿命を伸ばすことを目的としている。

本発明の脈拍検出装置は、ユーザーの耳たぶに測定光を入射させる発光部と、前記耳たぶを介して前記測定光を受光する受光部と、前記受光部の出力に基づいて、ユーザーの脈拍状態を検出する検出回路と、少なくとも前記発光部に電力を供給する電池と、耳穴を囲む耳の窪みに嵌まり込んで当該窪みに保持される頭部と、前記頭部に接続して耳たぶ表面に密着する筐体部と、を有する本体筐体と、前記筐体部との間に耳たぶを挟み込み可能であって、前記筐体部との間に耳たぶを挟み込んだ状態で耳たぶとの当接部を遮光可能なクリップ部と、を備えるものである。そして、前記筐体部の耳たぶ表面に密着する部分は、前記発光部と前記受光部のうちの一方を配置され、前記クリップ部の前記当接部は、前記発光部と前記受光部のうちの他方を配置されている。

本発明の脈拍検出装置では、クリップ部と本体筐体とが耳たぶを挟み込んだ状態で本体筐体の頭部が耳穴の周囲の窪みに嵌まり込んで保持されるので、上下動を伴う運動をした際にクリップ部と本体筐体とが耳たぶに対して位置ずれしにくい。このため、クリップ部と本体筐体とが耳たぶを挟み込む力が小さくても、クリップ部及び本体筐体と耳たぶとの密着が損なわれにくく、位置ずれもし難い。そのため、上下動を伴う運動による受光部のノイズが軽減され、ノイズが軽減される分、発光部の発光レベルを下げても、脈拍を正確に検出することができる。

したがって、装着や上下動を伴う運動を行う運動が苦痛となることなく、電源として使用される電池の電池寿命を伸ばすことができる。

実施の形態例１の脈拍検出装置の装着状態の斜視図である。 脈拍検出装置の外観の説明図である。 脈拍検知部の外観の説明図である。 実施の形態１における脈拍検出装置の構成の説明図である。 主基板の説明図である。 脈拍検出装置のブロック図である。 信号処理回路の回路図である。 信号処理のタイムチャートである。 リズムガイド機能のフローチャートである。 実施の形態２における脈拍検出装置の構成の説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

＜実施の形態１＞
（装着状態）
図１は実施の形態１の脈拍検出装置の装着状態の斜視図である。図１に示すように、脈拍検出装置２は、本体筐体１０とクリップ部２０とで耳たぶ１ｃを挟み込んだ状態で、短い円柱状の頭部１２が、耳穴１ａを囲む耳の窪み１ｂに嵌まり込んで、本体筐体１０が耳面上に保持される。ユーザーは、脈拍検出装置２を装着する際に、頭部１２が耳の窪み１ｂに位置決められるように、本体筐体１０を移動させてクリップ部２０で耳たぶ１ｃを挟み込む位置を選んでいる。

頭部１２の外周面は、耳の窪み１ｂの内壁に緩く保持されている。耳穴１ａを覆う耳の突起１ｄが頭部１２を押えつけて、耳面上に拘束しているので、頭部１２が耳の窪み１ｂから脱落することが阻止されている。また、頭部１２から立ち上った筐体部１１の尾根部１１ａが耳の突起１ｄに突き当たることで、耳の窪み１ｂの内壁の耳の突起１ｄに対向する部分に頭部１２が緩く押し当てられている。これにより、クリップ部２０で耳たぶ１ｃを挟み込む力が小さくても、本体筐体１０が耳面上に位置ずれ少なく保持される。

表示部３５は、筐体部１１に収容されて数値を表示する。表示部３５は、表示された数値を耳面側から視認可能である。スイッチ１５は、筐体部１１に設けられて、脈拍検出装置２の電源をＯＮ／ＯＦＦする。また、スイッチ１５の長押しを用いて、測定した毎分脈拍数を表示する表示モードと、周波数可変のリズム音を出力するリズムガイドモードと、に機能を変更可能である。

（特許文献３のリズム発生装置における耳装着構造との対比）
図１に示すように、脈拍検出装置２の耳に対する装着構造は、特許文献３に示されるリズム発生装置の耳に対する装着構造に類似している。これは、両者における発明者が同一で、耳装着構造の設計資産を活用できるからである。しかし、脈拍検出装置２における本体筐体１０とクリップ部２０と頭部１２とを有する装着構造は、特許文献３に示されるリズム発生装置における装着構造とは目的が異なる。

脈拍検出装置２における耳への装着構造は、脈拍検出装置２における消費電力を削減することを目的としている。内蔵する電池３８の重量を大きくすることなく、長期間にわたって脈拍検出装置２を作動させることを目的としている。

この目的を達成するために、脈拍検出装置２における装着構造は、本体筐体１０とクリップ部２０とが遮光機能を果たしつつ、頭部１２によって耳たぶ上に位置決められて耳たぶを挟み込んでいる。そして、本体筐体１０とクリップ部２０とが、比較的に小さな挟み込み力でも、頭部１２によって本体筐体１０とクリップ部２０が位置ずれ少なく耳たぶを挟み込むことが可能となり、受光部３２の出力信号のＳＮ比が高められている。

これに対して、特許文献３には、「耳穴の周囲の窪みに保持される頭部を有する装着構造」が、受光部３２の出力を安定させて、発光部４２の消費電力の削減余地を生むことは記載されていない。すなわち、耳穴の周囲の窪みに保持された頭部１２がスタビライザーとして機能することによって、耳たぶの挟み込み位置の位置ずれが少なくなることが記載されていない。耳たぶの挟み込み位置の位置ずれが少なくなることで、発光部４２と受光部３２の耳たぶに対する位置ずれが抑制され、受光部３２の出力のＳＮ比が高まることが記載されていない。受光部３２の出力のＳＮ比が高まる結果として、発光部４２の発光出力の削減余地を生み出すことが記載されていない。さらに、発光部４２と受光部３２の耳たぶに対する位置ずれが抑制されることで、クリップ部２０の挟み込み力を減らして、装着感を改善できることも記載されていない。

このため、特許文献３に基づく限り、脈拍検出装置２における消費電力を削減する目的に適う装着構造には到達できない。耳たぶの挟み込み構造がどのように機能して消費電力の削減を達成するのかが不明であるから、重量の小さな電池３８で長期間にわたって作動する脈拍検出装置２を設計することはできない。

そもそも、特許文献３に記載されたクリップ部は、遮光機能を有さず、耳たぶの裏面に密着してもいないから、位置ずれしない場合でも、晴／曇りの違い、日向と日陰とにおける背景光の違い、顔の向き、ヘッドライトを照射する対向車の有無等に応じて受光部３２の出力レベルが大きく変動する。このため、受光部３２の出力に基づいて検出した毎分脈拍数に大きな誤差が発生する。これに対して、実施の形態１の脈拍検出装置２では、「頭部１２を有する本体筐体１０とクリップ部２０とで耳たぶを挟み込む装着構造」が受光部３２に対する遮光機能を高めているため、検出した毎分脈拍数の外光の変動による誤差が抑制されている。したがって、脈拍検出装置２の当業者が、「耳穴の周囲の窪みに保持される頭部を有するリズム発生装置」に関する特許文献３に基づいて実施の形態１の脈拍検出装置２を容易に発明できない。引用文献３は、受光部３２の出力のＳＮ比の改善、電池寿命の改善と言った課題に関しては脈拍検出装置２の当業者によって参照される動機を欠いている。

（外観）
図２は脈拍検出装置の外観の説明図である。図３は脈拍検知部の外観の説明図である。

図２の（ａ）に示すように、脈拍検出装置２の本体筐体１０は、頭部１２に、筐体部１１が接続されている。筐体部１１の装着面１３は、耳たぶの表面に密着する。クリップ部２０は、筐体部１１の装着面１３との間に耳たぶを挟み込む。クリップ部２０は、筐体部１１の装着面１３との間に耳たぶを挟み込んだ状態で、耳たぶの裏面に密着する。

頭部１２と筐体部１１との接続部に頭部１２の上面と筐体部１１の側面とが滑らかに接続する段差部１２ａが形成されている。図１に示すように、頭部１２と筐体部１１の段差部１２ａに、耳穴１ａを覆う耳の突起１ｄが逃げるため、頭部１２の円柱状の側面は、耳穴の窪みの内壁に片当たりすることなく緩く保持されている。頭部１２に接続する筐体部１１の尾根部１１ａは、上述したように、耳穴を覆う耳の突起１ｄに係合して（拘束されて）、本体筐体１０の耳面上における姿勢を決定している。

筐体部１１の背面に開口１８が形成され、開口１８を通じて表示部３５が数値を表示する。スイッチ１５は、押しボタンスイッチで構成され、耳たぶを挟み込んだ脈拍検出装置２を、親指と人差し指とで高さ方向に挟んでスイッチ１５を筐体部１１に沈み込ませるように操作される。スイッチ１５は、筐体部１１に設けられて電池３８による電力供給をＯＮ／ＯＦＦし、脈拍検出装置２における各種モードの動作を開始させる。

図２の（ｂ）に示すように、筐体部１１の幅方向に対向する両側面に、押しボタンスイッチで構成される設定スイッチ１６、１７が配置される。ユーザーは、脈拍検出装置２を耳から取り外した状態で、表示部３５に毎分脈拍数の目標値の数値を表示させ、設定スイッチ１６、１７を操作して表示部３５の数値を上昇／下降させることで、脈拍検出装置２に対して毎分脈拍数の目標値の設定を行うことができる。

図３の（ａ）に示すように、脈拍検出装置２は、ユーザーの耳たぶを挟んで受光部３２と発光部４２とを配置して、ユーザーの毎分脈拍数を測定している。脈拍測定の原理は、脈拍に応じて耳たぶの血流量が変化し、赤色光〜赤外光の透過光量が変化することである。

図３の（ｂ）に示すように、受光部３２は、本体筐体１０に配置され、耳たぶを介して発光部４２からの測定光を受光する。受光部３２の周囲に溝１３ａを形成して、耳たぶの表面が受光部３２の表面に均等な圧力で接触するようにしている。溝１３ａは、受光部３２の周囲を均等に耳たぶに接触させて遮光性を高めている。溝１３ａが耳たぶの表面との摩擦力を高めることで、上下動を伴う運動を行っても、耳たぶに対する受光部３２の接触位置がずれないという利点もある。本体筐体１０の関節部１４にはピン穴１４ａが形成されている。

図３の（ａ）に示すように、発光部４２は、クリップ部２０に配置され、ユーザーの耳たぶに赤外線の測定光を入射させる。クリップ部２０は、筐体部１１との間に耳たぶを挟み込み可能であって、筐体部１１との間に耳たぶを挟み込んだ状態で耳たぶとの当接部を遮光可能である。図３の（ｃ）に示すように、クリップ部２０の発光部４２の周囲に溝２３ａを形成して、耳たぶの表面が発光部４２の表面に均等な圧力で接触するようにしている。溝１３ａは、受光部３２の周囲を均等に耳たぶに接触させて遮光性を高めている。溝２３ａが耳たぶの表面との摩擦力を高めることで、上下動を伴う運動を行っても耳たぶに対する発光部４２の接触位置がずれないという利点もある。クリップ部２０の関節部２４にはピン穴２４ａが形成されている。

図３の（ａ）に示すように、本体筐体１０の関節部１４に割ピン２１を圧入して、クリップ部２０の関節部２４を回動自在に連結している。本体筐体１０の関節部１４とクリップ部２０の関節部２４との間にねじりコイルばね２２を設けて、本体筐体１０とクリップ部２０とによる耳たぶの挟み込み力を発生させている。ねじりコイルばね２２は、割ピン２１の周りにコイル部分を配置している。

（内部構造）
図４は実施の形態１における脈拍検出装置の内部構造の説明図である。図５は主基板の説明図である。

図４に示すように、実施の形態１では、筐体部１１は、受光部３２及び集積回路３３を収容し、クリップ部２０は、発光部４２を収容する。本体筐体１０には、電池３８、圧電素子３９、及び主基板３１が配置される。本体筐体１０は、受光部３２及び集積回路３３を収容する。頭部１２は、音出力部の一例である圧電素子３９と電池３８とを重ねて収容している。比較的重量のある電池３８が頭部１２に収容されて耳の窪みに保持されるので、上下動を伴う運動をした際に筐体部１１の装着面１３やクリップ部２０に作用する加振力が小さくて済み、受光部３２に入射する測定光に対する外乱が少なくなる。

電池３８は、音出力部の一例である圧電素子３９に重なって頭部１２に収容されるので、頭部１２の内部空間を隙間少なく有効に活用できる。電池３８は、不図示の引き出し構造によって頭部１２から外部へ取り出して充電されるリチウムイオンバッテリーである。圧電素子３９は、集積回路３３の出力信号に駆動されてリズム音もしくは脈拍測定ごとの通知音を出力する。電池３８は、発光部４２、受光部３２、集積回路３３に電力を供給する。

図５に示すように、受光部３２と集積回路３３とが同一基板上に配置される。主基板３１には、表示部３５、スイッチ素子３４、集積回路３３、受光部３２が配置される。主基板３１の裏面に受光部３２が配置される。受光部３２は、フォトトランジスタである。受光部３２と集積回路３３とが同一の主基板３１に配置されるため、微弱な検出信号をノイズ少なく集積回路３３へ導くことができる。比較的に大電流をＯＮ／ＯＦＦされる発光部４２のノイズの影響を受けにくい。

表示部３５は３桁の液晶素子である。スイッチ素子３４は、スイッチ１５のＯＮ／ＯＦＦ接点を含むタクトスイッチである。集積回路３３は、マイコン、メモリ、プログラム書込み領域、入出力回路、液晶ドライバを含む汎用素子である。受光部３２は、フォトトランジスタである。

クリップ部２０には、副基板４１が配置される。主基板３１と副基板４１とは、電源線と接地電位線の合計２本のケーブルで接続される。副基板４１には発光部４２が配置される。クリップ部２０は、発光部４２を収容する。

主基板３１の表面に、設定スイッチ１６、１７の作動部分であるスイッチ素子３６、３７が配置される。

（脈拍数表示機能）
図６は脈拍検出装置のブロック図である。図７は信号処理回路の回路図である。図８は信号処理のタイムチャートである。

図１に示すように、脈拍検出装置２は、表示部３５においてユーザーの毎分脈拍数を表示する機能を有する。スイッチ１５を短く押すと、脈拍検出装置２は、ユーザーの現在の脈拍数を４秒間隔で検出して表示部３５の表示を更新し続ける。そして、ユーザーが脈拍検出装置２を耳から取り外す等して、現在の脈拍数が検知できなくなると、最後に検出した現在の脈拍数を表示部３５に表示した状態で現在の脈拍数の検出を停止する。

図６に示すように、集積回路３３は、受光部３２の出力に基づいてユーザーの現在の脈拍数を毎分脈拍数の値で検出して表示部３５に表示させる。集積回路３３は、ユーザーの現在の脈拍数を検出して表示するごとに、圧電素子３９を作動させて測定値の更新をユーザーに通知する。

発光部４２は、集積回路３３から出力されるＩＲＥＤ信号Ａに駆動されて、脈拍の測定光を、所定周期の一例である１００ｍｓｅｃの周期で、所定時間の一例である１ｍｓｅｃ出力する。すなわち、所定周期は１０ｍｓｅｃ以上であって、所定時間は２ｍｓｅｃ以下である。ユーザーの現在の脈拍数の測定範囲を毎分２００回（３００ｍｓｅｃ）〜毎分３０回（２ｓｅｃ）としており、４秒ごとに４０回のパルス信号を処理してユーザーの現在の脈拍数を求めている。集積回路３３は、受光部３２が測定光を受光して生成した１００ｍｓｅｃ周期のパルス信号を処理してユーザーの毎分脈拍数を測定する。

受光部３２は、発光部４２が発光している１００ｍｓｅｃ周期の１ｍｓｅｃの時間において、耳たぶの透過光量に応じたパルス信号を検知する。信号生成回路の一例である信号処理回路４０は、第１の周期のパルス信号からユーザーの脈拍状態に対応するアナログ電圧信号を生成する。信号処理回路４０は、集積回路３３から出力されるＳ／Ｈ信号Ｓを用いて、パルス信号の電圧をサンプルホールドして、ユーザーの脈拍状態に応じたアナログ信号を形成する。

図７に示すように、受光部３２の検出信号は、増幅器５３で増幅されて、図８のパルス状の信号波形Ｂとなる。信号波形Ｂは、増幅器５４で増幅されて、Ｓ／Ｈ信号のタイミングでサンプル回路５５によってコンデンサ５７にサンプルホールドされる。Ｓ：ＯＮのタイミングでコンデンサ５７をチャージしてＨ：ＯＦＦのタイミングで蓄積電荷をホールドする。これにより、Ｓ／Ｈ信号ごとに更新されてＳ／Ｈ信号の間隔で保持されるステップ状のＳ／Ｈ出力Ｃが増幅器５６から出力される。Ｓ／Ｈ出力Ｃは、ユーザーの脈拍状態に応じてステップ状に電位が変化するアナログ電圧信号である。

図６に示すように、Ｓ／Ｈ出力Ｃは、波形整形回路５２においてユーザーの脈拍状態に応じて滑らかに変化する脈拍信号の出力波形Ｄに再生される。波形整形回路５２は、人間の脈拍の周期である０．３ｓｅｃ〜２．０ｓｅｃにゲインを有するバンドパスフィルターもしくはローパスフィルターである。

脈拍数検出回路の一例である集積回路３３は、信号処理回路４０により生成されたアナログ電圧信号を処理して毎分脈拍数を求める。集積回路３３は、脈拍信号の出力波形ＤをＡ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換し、波形解析を行って脈拍の周期を演算する。あるいは、複数のしきい値で脈拍信号の出力波形Ｄの周期を計測して平均値を求める。そして、連続した複数の脈拍波形について測定した複数の周期を平均して現在の脈拍周期及び脈拍数Ｐｍを算出する。

（リズム信号出力機能）
図９はリズムガイド機能のフローチャートである。図１に示すように、脈拍検出装置２は、表示部３５に予め設定した単位時間当たり脈拍数の脈拍数の目標値に現在の脈拍数が近づくようにジョギングやウォーキングのピッチを指導するリズムガイド機能を有する。スイッチ１５を２秒以上長押しすることで、脈拍検出装置２は、リズムガイドモードに移行して表示部３５が点滅を開始する。

ユーザーは、ジョギングやウォーキングの開始前に、表示部３５に表示された点滅する目標値を、設定手段の一例である設定スイッチ１６、１７で修正して、所望の目標値を設定することができる。目標値の設定後、スイッチ１５を押すと、脈拍検出装置２は、ユーザーの現在の脈拍数の検出と、検出結果に応じたリズム信号の発生を開始する。

図９に示すように、集積回路３３は、ユーザーによる設定スイッチ１６、１７の操作に応じて毎分脈拍数の目標値である基準脈拍数Ｐｓを設定する（Ｓ１１）。

集積回路３３は、受光部３２の出力に基づいてユーザーの現在の脈拍数Ｐｍを検出する（Ｓ１２）。出力回路の一例である集積回路３３は、圧電素子３９を作動させて、検出したユーザーの単位時間当たり脈拍数と目標値とに応じたリズム音を出力させる。

集積回路３３は、検出した現在の脈拍数Ｐｍが基準脈拍数Ｐｓよりも大きな第１の脈拍数のときは、現在の脈拍数Ｐｍが検出した基準脈拍数Ｐｓよりも小さな第２の脈拍数のときよりも単位時間当たり拍数が少ないリズム音を出力させる。集積回路３３は、現在の脈拍数Ｐｍが設定した基準脈拍数ＰｓよりもＢ（＝毎分１０回）を超えて大きいときは（Ｓ１５のＹ）、リズム信号の生成周期を減少させる（Ｓ１７）。具体的には、出力するリズム信号の周波数を現在の周波数Ｆｍよりも５％増加させる。

一方、集積回路３３は、検出した現在の脈拍数Ｐｍが設定した基準脈拍数ＰｓよりもＡ（＝毎分１０回）を超えて少ないときは（Ｓ１５のＮ）、リズム信号の生成周期を増加させる（Ｓ１６）。具体的には、出力するリズム信号の周波数を現在の周波数Ｆｍよりも５％減少させる。

そして、現在の脈拍数Ｐｍが（基準脈拍数−Ａ）以上（基準脈拍数＋Ｂ）以下であれば現在の周波数Ｆｍを保持する。このようにして、脈拍検出装置２は、現在の脈拍数Ｐｍが基準脈拍数Ｐｓより低い場合には段階的にリズム信号の毎分拍数を大きくして運動をペースアップさせ、現在の脈拍数Ｐｍが基準脈拍数Ｐｓより高い場合には段階的にリズム信号の毎分拍数を小さくして運動をペースダウンさせる。

（運動負荷変動の通知機能）
脈拍検出装置２は、ユーザーが運動中に脈拍数が増えているのか減っているのかを通知する運動負荷変動の通知機能を有する。この機能は、リズム信号出力機能に付随して出力される。集積回路３３は、検出した単位時間当たり脈拍数が上昇しているときと下降しているときとでは、単位時間当たり拍数以外のパラメータが異なるリズム音を出力させる。

集積回路３３は、検出した現在の脈拍数Ｐｍが上昇しているときは、検出した現在の脈拍数Ｐｍが下降しているときよりも高い音でリズム音を出力させる。これにより、ユーザーが運動中の毎分脈拍数の変化を早期に理解してペース変更の準備をすることが可能になる。

（電力消費の節約）
図７に示すように、現在の脈拍数Ｐｍの測定における最大の電流消費は、発光部４２に用いている発光ダイオードの発光である。もし、脈拍検出装置２が現在の脈拍数Ｐｍの検出中に発光部４２が連続発光させていると、電池３８の寿命が著しく短くなる。

そこで、集積回路３３は、ＩＲＥＤ信号Ａを出力して、発光部４２を１／１００のデューティ比で発光させ、連続発光させた場合に比較して発光部４２の消費電力を１／１００に低下させている。集積回路３３は、発光部４２を、第１の周期の一例である１００ｍｓｅｃ間隔で１ｍｓｅｃ発光させて、間欠的に測定光を出力する。

また、リズムガイド機能においては、ユーザーは、ほぼ一定の運動負荷でジョギングやウォーキングを実行していることが多いため、それほど頻繁にリズム音の周期を変更する必要が無い。

（実施の形態１の効果）
実施の形態１では、脈拍検出装置２は、外部の電子回路や電池に頼ることなく独立して作動する。このため、装置全体を小型軽量に構成でき、外部接続のためのコードや通信手段が不要である。このため、外部接続のためのコードや通信手段に邪魔されることなく、上下動を伴う運動を行うことができる。

実施の形態１では、微弱な信号を発生する受光部３２が信号処理回路４０に近接して配置される。このため、信号処理回路４０が熱的、雑音的に安定して動作できる。脈拍検出のＳＮ比が高くなるので、発光部４２の発光強度を下げて電力消費を節約することにより電池寿命を延ばすことができる。

実施の形態１では、重量がある電池が耳穴の周囲の窪みによって保持されるため、耳たぶにぶら下がって揺れる重量を軽減できる。このため、激しい上下動を伴う運動を行っても耳たぶが揺れにくく、信号処理回路４０が雑音的に安定して動作できる。脈拍検出のＳＮ比が高くなるので、発光部４２の発光強度を下げて電力消費を節約することにより電池寿命を延ばすことができる。

＜実施の形態２＞
図１０は実施の形態２における脈拍検出装置の構成の説明図である。

実施の形態１では、図４に示すように、発光部４２をクリップ部２０に配置し、受光部３２、電池３８、及び集積回路３３を本体筐体１０に配置した。これに対して、実施の形態２では、発光部４２を本体筐体１０に配置し、受光部３２、電池３８、及び集積回路３３をクリップ部２０に配置した。これ以外の構成、動作、制御は実施の形態１と同一であるため、図１０中、実施の形態１と共通する構成には図４と同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図１０に示すように、実施の形態２では、本体筐体１０の筐体部１１に発光部４２を収容し、クリップ部２０に受光部３２及び集積回路３３を収容している。

クリップ部２０は、受光部３２、集積回路３３、及び電池３８を収容する。クリップ部２０は、頭部１２に比較して大きさの制約が少ないので、実施の形態１よりも大容量の電池を搭載して電池寿命を延ばすことができる。

圧電素子３９は、頭部１２に収容され、集積回路３３の出力信号に駆動されてリズム音を出力する。

＜実施の形態３＞
実施の形態１では、最初から最後まで１００ｍｓｅｃ周期で発光部４２に所定時間の発光を繰り返させた。これに対して、実施の形態３では、最初に１００ｍｓｅｃ周期で発光部４２に所定時間の発光を繰り返させて１回目の単位時間当たり脈拍数を検出した後は、１００ｍｓｅｃよりも長い３３３ｍｓｅｃ周期で発光部４２に所定時間の発光を繰り返させる。なお、実施の形態３は、１回目の単位時間当たり脈拍数の検知後に第１の周期を第２の周期へ切り替える以外は、実施の形態１と同一であるため、実施の形態１と重複する説明を省略する。

脈拍周期が最高の０．３ｓｅｃの時は、脈拍波形を正確にトレースして測定精度を確保するために１００ｍｓｅｃ以上の第１の周期を採用できない。そのため、発光制御部の一例である集積回路３３は、最初は１００ｍｓｅｃ周期で発光部４２のパルス発光を実行させてユーザーの現在の脈拍数Ｐｍを検出する。そして、ユーザーの現在の脈拍数Ｐｍが検出できたら、その脈拍数Ｐｍに応じて第２の周期を設定して発光部４２のパルス発光の間隔を広げる。これにより、検出精度を下げることなく発光部４２の単位時間当たり発光時間を短くすることが可能になる。消費電力はパルス発光のデューティ比に比例するので、発光周期を長くすれば消費電力を節約して電池寿命を延長できる。例えば毎分脈拍数が６０（周期１．０ｓｅｃ）と検出できたら、第１の周期の約３倍の第２の周期を設定して３３３ｍｓｅｃ間隔で発光部４２のパルス発光を実行させる。そして、集積回路３３は、ユーザーの現在の脈拍数Ｐｍを検出して、表示部３５の「現在の脈拍数Ｐｍ」の表示を更新する。

＜実施の形態４＞
実施の形態１では、脈拍検出装置２の運転中を通じて発光部４２が所定周期で所定時間の発光を繰り返した。これに対して、実施の形態４では、所定周期である第１の周期で所定時間の発光を所定回数だけ繰り返した後は、第１の周期に所定回数を乗じた時間よりも長い第２の周期の残りの時間、発光部４２の発光を停止させる。なお、実施の形態４は、第２の周期で発光部４２の発光を停止させる期間を設ける以外は、実施の形態１と同一であるため、実施の形態１と重複する説明を省略する。

図６に示すように、発光制御部の一例である集積回路３３は、第２の周期の一例である６ｓｅｃごとに、発光部４２に１００ｍｓｅｃ周期の合計４０回のパルス発光を実行させて合計約４ｓｅｃでユーザーの現在の脈拍波形を検出する。そして、検出後は、ＩＲＥＤ信号Ａの出力を次回の検出まで約２秒間停止させている。これにより、集積回路３３は、６秒周期で得たユーザーの脈拍波形を解析して「現在の脈拍数Ｐｍ」を求めて表示部３５の表示を更新する。なお、ここで、４０個のパルス信号を処理して「現在の脈拍数Ｐｍ」を求めてもよく、２秒の停止を挟んだ８０個のパルス信号を処理して「現在の脈拍数Ｐｍ」を求めてもよい。

したがって、実施の形態３では、発光部４２は、１００ｍｓｅｃに４０回を乗じた４秒よりも長い６秒の周期で、１００ｍｓｅｃ周期の測定光の出力を実行する。４秒間の発光を行った後、発光部４２の発光を２秒間停止させて、電力消費を回避している。すなわち、第１の周期で所定回数の測定光の出力を実行することを、第２の周期で繰り返すことにより、実施の形態１よりも消費電力を削減している。

＜実施の形態５＞
実施の形態４では、第２の周期は１０秒で固定されていた。これに対して、実施の形態５では、検出した単位時間当たり脈拍数の変化が大きい場合は第２の周期を短くして発光部４２の発光を停止させている時間を短縮する。なお、実施の形態５は、第２の周期が可変である以外は、実施の形態４と同一であるため、図６を参照して説明し、実施の形態４と重複する説明を省略する。

図６に示すように、発光制御部の一例である集積回路３３は、測定開始直後は第２の周期を４秒に設定して発光部４２を連続的にパルス発光させる。そして、４秒周期でユーザーの「現在の脈拍数Ｐｍ」を検知して表示部３５の表示を更新する。しかし、測定開始から１２秒経過した後は、前回測定した「現在の脈拍数Ｐｍ」と今回測定した「現在の脈拍数Ｐｍ」との差が５未満の場合であれば、第２の周期を１０秒に引き延ばして実施の形態３と同様に制御する。一方、前回測定した「現在の脈拍数Ｐｍ」と今回測定した「現在の脈拍数Ｐｍ」との差が５以上の場合は第２の周期を４秒にして発光部４２を連続的にパルス発光させる。すなわち、単位時間当たり脈拍数の変化量が第１変化量の一例である５以上のときは当該変化量が第１変化量より小さい第２変化量の一例である５未満のときよりも第２の周期を短くする。

実施の形態５では、ユーザーの毎分脈拍数が安定している場合は１０秒周期で表示部３５の表示を更新するが、ユーザーの毎分脈拍数が安定して検知されるまでは、実施の形態１と同様に４秒周期で表示部３５の表示を更新してユーザーの毎分脈拍数を正確に表示できるようにする。すなわち、実施の形態４よりもユーザーの脈拍数の短期的な変化への応答性を高めている。
＜その他の実施の形態＞

実施の形態１では、本体筐体１０に受光部３２を配置し、クリップ部２０に発光部４２を配置した。また、実施の形態２では、クリップ部２０に電池３８を配置した。しかし、本発明はこのような配置のみには限らない。例えば、頭部１２以外の本体筐体１０に電池３８を配置してもよい。

実施の形態１では、受光部３２の周囲に溝１３ａを形成し、発光部４２の周囲に溝２３ａを形成した。しかし、耳たぶに当接して遮光性を高める環状の凹凸部は溝形態には限らない。溝にＯリングを嵌める等して形成した環状の突起でも同様に遮光性を改善することができる。

１ 耳、２ 脈拍検出装置、１０ 本体筐体
１１ 筐体部、１２ 頭部、１２ａ 段差部
１３ 装着面、１４、２４ 関節部
１５ スイッチ、１６、１７ 設定スイッチ
１８ 開口部、２０ クリップ部
３１ 主基板、３２ 受光部、３３ 集積回路
３４、３６、３７ スイッチ素子、３５ 表示部
３８ 電池、３９ 圧電素子、４１ 副基板
４２ 発光部

Claims (17)

1. ユーザーの耳たぶに測定光を入射させる発光部と、
   前記耳たぶを介して前記測定光を受光する受光部と、
   前記受光部の出力に基づいて、ユーザーの脈拍状態を検出する検出回路と、
   少なくとも前記発光部に電力を供給する電池と、
   耳穴を囲む耳の窪みに嵌まり込んで当該窪みに保持される頭部と、前記頭部に接続して耳たぶ表面に密着する筐体部と、を有する本体筐体と、
   前記筐体部との間に耳たぶを挟み込み可能であって、前記筐体部との間に耳たぶを挟み込んだ状態で耳たぶとの当接部を遮光可能なクリップ部と、を備え、
   前記筐体部の耳たぶ表面に密着する部分は、前記発光部と前記受光部のうちの一方を配置され、
   前記クリップ部の前記当接部は、前記発光部と前記受光部のうちの他方を配置されていることを特徴とする脈拍検出装置。
2. 前記本体筐体は、前記頭部と前記筐体部とが接続する部分に、前記頭部が保持される前記窪みの縁の突起に係合する段差部を有することを特徴とする請求項１に記載の脈拍検出装置。
3. 所定周期よりも短い所定時間の前記測定光の出力を前記所定周期で繰り返すように前記発光部を制御する発光制御部を備え、
   前記検出回路は、前記受光部が前記測定光を受光して生成した前記所定周期のパルス信号を処理してユーザーの単位時間当たり脈拍数を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の脈拍検出装置。
4. 前記発光制御部は、前記所定周期である第１の周期で前記測定光の出力を実行して前記検出回路によりユーザーの単位時間当たり脈拍数が検出された後は、前記第１の周期よりも長い第２の周期で前記測定光の出力を実行するように前記発光部を制御することを特徴とする請求項３に記載の脈拍検出装置。
5. 前記発光制御部は、前記所定周期である第１の周期で所定回数の前記測定光の出力を実行することを、前記第１の周期に前記所定回数を乗じた時間よりも長い第２の周期で繰り返すように前記発光部を制御することを特徴とする請求項３に記載の脈拍検出装置。
6. 前記発光制御部は、前記検出回路によって検出された単位時間当たり脈拍数の変化量が第１変化量のときは当該変化量が前記第１変化量より小さい第２変化量のときよりも前記第２の周期を短くするように前記発光部を制御することを特徴とする請求項５に記載の脈拍検出装置。
7. 前記所定周期は１０ｍｓｅｃ以上であって、前記所定時間は２ｍｓｅｃ以下であることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の脈拍検出装置。
8. 前記検出回路は、
   前記所定周期のパルス信号からユーザーの脈拍状態に対応するアナログ電圧信号を生成する信号生成回路と、
   前記信号生成回路により生成された前記アナログ電圧信号を処理して単位時間当たり脈拍数を求める脈拍数検出回路と、を有することを特徴とする請求項３乃至７のいずれか１項に記載の脈拍検出装置。
9. 前記筐体部は、前記受光部及び前記検出回路を収容し、
   前記クリップ部は、前記発光部を収容することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の脈拍検出装置。
10. 前記筐体部は、前記発光部を収容し、
    前記クリップ部は、前記受光部及び前記検出回路を収容することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の脈拍検出装置。
11. 前記受光部と前記検出回路とが同一基板上に配置されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の脈拍検出装置。
12. 受光部を囲んで形成されて耳たぶに当接する環状の凹凸部と、発光部を囲んで形成されて耳たぶに当接する環状の凹凸部と、のうち少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の脈拍検出装置。
13. 音を出力する音出力部を備え、
    前記電池は、前記音出力部に重ねて前記頭部に収容されることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の脈拍検出装置。
14. 音を出力する音出力部を備え、
    前記音出力部は前記頭部に収容され、前記電池は前記クリップ部に収容されることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の脈拍検出装置。
15. 前記筐体部に収容され、耳面側から視認可能に数値を表示する表示部を備え、
    前記検出回路は、前記受光部の出力に基づいてユーザーの単位時間当たり脈拍数を検出して前記表示部に表示させることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の脈拍検出装置。
16. ユーザーが単位時間当たり脈拍数の目標値を設定する設定手段と、
    前記音出力部を作動させて、前記検出回路が検出したユーザーの単位時間当たり脈拍数と前記目標値とに応じたリズム音を出力させる出力回路と、を備え、
    前記検出回路は、前記受光部の出力に基づいてユーザーの単位時間当たり脈拍数を検出し、
    前記出力回路は、前記検出回路が検出した前記単位時間当たり脈拍数が前記目標値よりも大きな第１の脈拍数のときは、検出した前記脈拍数が前記目標値よりも小さな第２の脈拍数のときよりも単位時間当たり拍数が少ないリズム音を出力させることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の脈拍検出装置。
17. 前記出力回路は、検出した前記単位時間当たり脈拍数が上昇しているときと下降しているときとでは、前記単位時間当たり拍数以外のパラメータが異なるリズム音を出力させることを特徴とする請求項１６に記載の脈拍検出装置。