JP5838085B2

JP5838085B2 - 生体情報検出装置

Info

Publication number: JP5838085B2
Application number: JP2011278850A
Authority: JP
Inventors: 聡酒井; 昭高倉
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2031-12-20
Also published as: US20130172719A1; JP2013128587A

Description

この発明は、身体の生体表面に電極を取り付け、生体信号を検出する生体情報検出装置に関するものである。

この種の生体情報検出装置の中には、例えば、心臓の鼓動に伴って発生する心電信号を検出し、生体表面から心拍数を計測するものがある。このような生体情報検出装置は、例えば、身体の胸部（生体表面）に接触させることにより、心臓の鼓動に伴って発生する心電信号を検出する一対の電極と、これら電極と電気的に接続され、一対の電極により検出された心電信号に基づいて心拍数を導き出す検出回路基板とを備えている。検出回路基板は、電子部品等が実装されている検出回路部と、電極が電気的接続される電極接続部とを有している。

このように構成された電極や検出回路基板は、互いに一体化され、この一体化したものを装着ベルトを用いて身体の胸部に巻き付けるようにして取り付けるようになっている。
このように、生体情報検出装置は、身体に取り付けて使用されることから、計測時に常に汗等の水分に曝されることになる。この水分が検出回路基板に接触すると、不具合を生じる虞があるので、さまざまな防水対策技術が提案されている。

例えば、電極と一体的に形成された胸部ユニットホルダと、検出回路基板（電子回路）、及び電池を内蔵する回路カプセルとにより生体情報検出装置（胸部ユニット）を構成し、胸部ユニットホルダに回路カプセルを装着すると、電極と検出回路基板とが導通するように構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
これによれば、回路カプセルに、検出回路基板、及び電池が内蔵されているので、回路カプセルの防水性を高めることにより、検出回路基板への水分の浸入を防止できる。

また、例えば、生体情報検出装置（心拍計測用送信機）のケースの表側に、電池収納部と電池収納部の開口をパッキンを用いて液密に封止する開閉可能な電池蓋と、電池蓋を覆う開閉可能な電池蓋カバーを設け、さらに、電池蓋カバーの内面とケースとの間に、電池蓋の外周の外側を囲むようにして防水用弾性体を設けたものがある（例えば、特許文献２参照）。
これによれば、電池蓋の上に電池蓋カバーを重ねることにより、汗等により電池蓋のパッキンが劣化してしまうのを防止でき、生体情報検出装置の防水性を長期間維持することが可能になる。

特開２００２−１４３１１０号公報特開２００７−１４３６２２号公報

しかしながら、上述の従来技術にあっては、通常使用時には優れた防水効果を発揮することができるが、生体情報検出装置が浸水してしまった場合には、ケース内に水分が浸入し、この水分を介して検出回路基板の検出回路部と電極接続部とが短絡してしまう虞がある。このように、検出回路部と電極接続部とが短絡された状態で、且つ一対の電極間に電位差が生じると、一対の電極間に電流が流れてしまい不具合を生じる虞があるという課題がある。

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、検出回路基板に水分が浸入した場合であっても、一対の電極間に電流が流れて不具合が生じてしまうことを防止できる生体情報検出装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明に係る生体情報検出装置は、生体表面に接触する一対の電極と、これら一対の電極が接続され、前記一対の電極の間に生じる電位差に基づいて、生体情報を検出する回路基板とを備え、前記回路基板上に、前記一対の電極が電気的に接続される電極接続パターンと、前記電位差に基づいて、生体情報を検出する検出回路部とが設けられている生体情報検出装置であって、前記回路基板上には、前記電極接続パターンと前記検出回路部との間に、前記電極接続パターンよりも低電位に設定された低電位パターンが設けられていることを特徴とする。

このように構成することで、例えば、検出回路部と電極接続パターンとの間を跨るように水分が付着した場合であっても、この水分が低電位パターンに接触することになる。このため、低電位パターンが設けられていない場合と比較して、一対の電極間の電位差を抑えることができるので、一対の電極間に電流が流れにくくなり、不具合が生じてしまうことを防止できる。

本発明に係る生体情報検出装置は、前記低電位パターンは、ＧＮＤパターンに設定されていることを特徴とする。
このように構成することで、容易に低電位パターンの電位を電極接続パターンの電位よりも低く設定することができる。また、一対の電極間の電位差をほぼ同等にすることができ、より確実に一対の電極間に電流が流れてしまうことを防止できる。

本発明に係る生体情報検出装置は、前記電極接続パターンの周囲に、前記低電位パターンが設けられていることを特徴とする。
このように構成することで、検出回路部と電極接続パターンとの間を跨るように水分が付着した場合であっても、この水分を確実に低電位パターンに接触させることができる。このため、水分により生体情報検出装置に不具合が生じるのを確実に防止できる。

本発明に係る生体情報検出装置は、前記回路基板は、基板本体に形成されたパターン層の上に、レジストを施してなるものであって、前記回路基板上の前記低電位パターンに対応する箇所を低電位パターン形成範囲に設定し、この低電位パターン形成範囲の前記レジストを除去、又は他の箇所の前記レジストよりも薄く形成することにより前記回路基板上に露出した前記パターン層を、前記低電位パターンとしたことを特徴とする。
このように構成することで、容易に低電位パターンを形成することができ、生体情報検出装置の製造コストを低減することができる。

本発明によれば、例えば、検出回路部と電極接続パターンとの間を跨るように水分が付着した場合であっても、この水分が低電位パターンに接触することになる。このため、一対の電極間に電位差が生じた場合であっても電極接続パターンの電位が低くなるので、一対の電極間に電流が流れにくくなり、不具合が生じてしまうことを防止できる。

本発明の実施形態における心拍計測装置を、使用者Ｕに取り付けた状態を示す説明図である。本発明の実施形態における心拍計本体の正面図である。本発明の実施形態における心拍計本体の側面図である。本発明の実施形態における心拍計本体の背面図である。図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。本発明の実施形態における回路基板の一部平面図である。本発明の実施形態における心拍計本体のブロック図である。

（生体情報検出装置）
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る生体情報検出装置である心拍計測装置１を、使用者Ｕに取り付けた状態を示す説明図、図２は、心拍計測装置１を構成する心拍計本体２の正面図、図３は、心拍計本体２の側面図、図４は、心拍計本体２の背面図、図５は、図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
尚、以下の説明において、使用者Ｕが心拍計測装置１を装着した状態で使用者Ｕに接する側を背面側、この背面側とは反対側であって、かつ外方に向く側の面を正面側などと表現して説明する。

図１〜図５に示すように、心拍計測装置１は、使用者Ｕの生体表面である胸部に装着して心臓の鼓動に伴って発生する心電信号を検出し、この検出した心電信号を、例えば、無線通信可能とするものである。心拍計測装置１は、心拍計本体２と、この心拍計本体２の両端に、連結具３を介して取り付けられている背面ベルト４とを備えている。
背面ベルト４は、心拍計本体２と協働して使用者Ｕの胸部の全周を囲繞可能に形成されている。

（心拍計本体）
心拍計本体２は、使用者Ｕの胸部の周方向に長くなるように形成されたケース５を有しており、このケース５の両端に、パッキン６を介して本体ベルト７ａ，７ｂが結合されている。本体ベルト７ａ，７ｂの背面側（図５における右側）には、それぞれ電極１３ａ，１３ｂが一体的に設けられている。これら一対の電極１３ａ，１３ｂは、生体表面である使用者Ｕの胸部に接触し、一対の電極１３ａ，１３ｂ間に生じる電位差を検出し、この電位差を心電信号として出力するものである。
各電極１３ａ，１３ｂのケース５側の端部には、それぞれ回路接続部１４ａ，１４ｂが延出形成されている。

一方、ケース５の両端には、回路接続部１４ａ，１４ｂを受け入れ可能な凹部１５ａ，１５ｂが形成されており、これら凹部１５ａ，１５ｂに回路接続部１４ａ，１４ｂが載置されるようになっている。また、回路接続部１４ａ，１４ｂには、それぞれ中央部にビス等からなる電極接続具１６が挿通可能な挿通孔１７ａ，１７ｂが形成されていると共に、凹部１５ａ，１５ｂの底面には、挿通孔１７ａ，１７ｂに対応する位置に、雌ネジ部２３ａ，２３ｂが刻設されている。そして、一対の電極１３ａ，１３ｂは、それぞれ挿通孔１７ａ，１７ｂに電極接続具１６を挿通し、雌ネジ部２３ａ，２３ｂに電極接続具１６を螺入することによって、後述の回路基板１２と共に、ケース５に締結固定される。
また、ケース５の背面側には、長手方向中央に電池収納部８が形成されており、ここにボタン型の電池９が収納されている。さらに、ケース５の電池収納部８には、電池９を収納した上から電池収納部８を閉塞するように、電池蓋１０がネジ１１によって締結固定されている。

一方、ケース５の正面側（図５における左側）には、このケース５との間に空間Ｋが形成されるようにケース５の正面側を覆うカバーガラス２１が設けられている。カバーガラス２１は、ケース５にパッキン６を介して取り付けられており、空間Ｋ内への汗等の水の浸入をできる限り抑えることができるようになっている。また、カバーガラス２１は、この外表面が本体ベルト７ａ，７ｂと面一となるように形成されており、美観性を高めている。
また、空間Ｋには、回路基板１２が配置され、ケース５の正面側に取り付けられている。この回路基板１２に設けられている端子２２ａが電池９の陰極に接触する一方、端子２２ｂが電池９の陽極に接触するようになっている。

（回路基板）
図６は、回路基板１２の一部平面図である。
図５、図６に示すように、回路基板１２は、ケース５の外形状に対応するように平面視略長方形状に形成されている。回路基板１２の長手方向両端には、電極１３ａ，１３ｂの回路接続部１４ａ，１４ｂに対応する位置に形成されている電極接続パターン１８が設けられている。また、回路基板１２の中央の大部分には、電極１３ａ，１３ｂによって検出された心電信号に基づいて、心拍数を計測する検出回路部１９が設けられている。さらに、回路基板１２には、電極接続パターン１８と検出回路部１９との間にＧＮＤパターン（ＶＳＳパターン）２０ａ，２０ｂが設けられている。

電極接続パターン１８は、回路基板１２の角部１２ａに位置しており、平面視略円環状に形成されている。電極接続パターン１８の中心部には、貫通孔２１が形成されており、この貫通孔２１に電極接続具１６が挿通される。すなわち、回路基板１２は、一対の電極１３ａ，１３ｂの回路接続部１４ａ，１４ｂと共に、電極接続具１６によってケース５に共締めされた状態になる。そして、電極接続具１６を介し、回路基板１２の電極接続パターン１８と、一対の電極１３ａ，１３ｂの回路接続部１４ａ，１４ｂとが電気的に接続される。

ＧＮＤパターン２０ａ，２０ｂは、電極接続パターン１８、及び検出回路部１９が形成されていない箇所の全体に亘って形成されており、結果的に電極接続パターン１８と検出回路部１９との間に、ＧＮＤパターン２０ａ，２０ｂのそれぞれ一部が配置された状態になっている。さらに換言すれば、ＧＮＤパターン２０ａ，２０ｂは、電極接続パターン１８の周囲に形成されているといえる。ＧＮＤパターン２０ａ，２０ｂは、電池９の陰極に接触される端子２２ａに接続されている。

検出回路部１９には、各種の電子部品が実装されており、一対の電極１３ａ，１３ｂによって検出された心電信号に基づいて、心拍数を計測する他、この心拍数を表示したり、心拍数の情報を信号として、例えば腕時計等に無線送信したりすることができるようになっている。

ここで、回路基板１２に形成されている電極接続パターン１８、ＧＮＤパターン２０ａ，２０ｂ、及び検出回路部１９の所定のパターン（不図示）は、以下のように形成される。
すなわち、回路基板１２としては、基板本体２５の表面に、それぞれパターン層２５ａ，２５ｂを形成した上からレジスト２６が形成されたものが使用されている。そして、基板本体２５の電極接続パターン１８に対応する箇所を、電極接続パターン形成範囲２８に設定すると共に、ＧＮＤパターン２０ａ，２０ｂに対応する箇所を、ＧＮＤパターン形成範囲２９に設定している。
これら電極接続パターン形成範囲２８内のレジスト２６、及びＧＮＤパターン形成範囲２９内のレジスト２６を除去することにより、それぞれパターン層２５ａ，２５ｂを露出させている。この露出したパターン層２５ａを、電極接続パターン１８とし、露出したパターン層２５ｂを、ＧＮＤパターン層２０ａ，２０ｂとしている。

このように形成された２つの電極接続パターン１８のうち、一方の電極１３ａが接続されている電極接続パターン１８は、ＧＮＤパターン２０ａ，２０ｂに接続されている。また、他方の電極１３ｂが接続されている電極接続パターン１８は、検出回路部１９の所定のパターンに接続されている。
ここで、ＧＮＤパターン２０ａ，２０ｂは、各々一部が電極接続パターン１８と検出回路部１９との間に配置されるようになっているが、ここでいう電極接続パターン１８とは、他方の電極１３ｂが接続されている電極接続パターン１８、つまり、検出回路部１９の所定のパターンに接続されている電極接続パターン１８のことをいう。

このように、一方の電極１３ａがＧＮＤパターン２０ａ，２０ｂに接続され、他方の電極１３ｂが検出回路部１９の所定のパターンに接続されることにより、一対の電極１３ａ，１３ｂ間に電位差が生じる。この電位差を利用して心電信号が検出される。そして、この心電信号に基づいて、心拍数を計測する他、この心拍数を表示したり、心拍数の情報を信号として、例えば腕時計等に無線送信したりするようになっている。以下に、検出回路部１９について詳述する。

図７は、心拍計本体２のブロック図である。
同図に示すように、検出回路部１９は、一対の電極１３ａ，１３ｂによって検出された心電信号に基づいて、心拍信号を検出する心拍検出部３１と、制御を司る制御回路部３２と、報知部３３とを備えている。
制御回路部３２は、心拍検出部３１の心拍信号を処理して心拍数を算出する演算手段（不図示）などを有している。

また、制御回路部３２には、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）３４やＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）３５が接続されている。ＲＡＭ３４には、心拍数と比較するための目標値や心拍数ごとのさまざまなデータが記憶されている。ＬＥＤ３５は、現在の心拍数や、その他の心拍情報を表示するためのものである。その他の情報としては、例えば、心拍数の上限値、心拍数の下限値等が挙げられる。

報知部３３は、心拍情報を無線通信するための通信回路３６と、音声報知するための報音回路３７とを有している。そして、通信回路３６は、例えば、回路基板１２上に実装されているアンテナ３８に接続されている。報音回路３７は、例えば、回路基板１２上に実装されているブザー３９に接続されている。

（ＧＮＤパターンの作用）
次に、図５、図６に基づいて、ＧＮＤパターン２０ａ，２０ｂの作用について説明する。
図５、図６に示すように、心拍計本体２が浸水するなどして水分Ｓｕ（図６における２点鎖線部参照）が心拍計本体２の空間Ｋ内に浸入した場合、回路基板１２上の検出回路部１９と、この検出回路部１９に接続されている電極接続パターン１８との間に跨るように水分Ｓｕが付着する場合がある。

ここで、仮に回路基板１２にＧＮＤパターン２０ａ，２０ｂが設けられていない場合、一対の電極１３ａ，１３ｂ間の電位差により、これら一対の電極１３ａ，１３ｂ間に電流が流れる虞がある。
これに対し、検出回路部１９と電極接続パターン１８との間にＧＮＤパターン２０ａ，２０ｂが設けられていると、検出回路部１９と電極接続パターン１８との間に跨るように水分Ｓｕが付着しても、必ず２つのＧＮＤパターン２０ａ，２０ｂの何れかに（図６においてはＧＮＤパターン２０ａに）水分Ｓｕが付着することになる。このため、検出回路部１９に接続されている電極接続パターン１８もＧＮＤパターン２０ａ，２０ｂと同電位になる。

検出回路部１９に接続されている電極接続パターン１８が、ＧＮＤパターン２０ａ，２０ｂと同電位になることにより、他方の電極１３ｂがＧＮＤパターン２０ａ，２０ｂと同電位になる。ここで、一方の電極１３ａは、ＧＮＤパターン２０ａ，２０ｂに接続されているので、各電極１３ａ，１３ｂの電位が同等になる。

（効果）
したがって、上述の実施形態によれば、検出回路部１９と電極接続パターン１８との間に、ＧＮＤパターン２０ａ，２０ｂが形成されているので、例えば、検出回路部１９と電極接続パターン１８との間を跨るように水分Ｓｕが付着した場合であっても各電極１３ａ，１３ｂの電位が同等になり、一対の電極１３ａ，１３ｂ間に電流が流れてしまうことを防止できる。このため、心拍計測装置１に不具合が生じるのを防止できる。

また、回路基板１２の電極接続パターン１８、及び検出回路部１９が形成されていない箇所の全体に亘ってＧＮＤパターン２０ａ，２０ｂが形成されているので、検出回路部１９と電極接続パターン１８とに跨る水分Ｓｕを、確実にＧＮＤパターン２０ａ，２０ｂの何れかに接触させることができる。このため、確実に各電極１３ａ，１３ｂの電位を同等にして一対の電極１３ａ，１３ｂ間に電流が流れてしまうことを防止できる。

さらに、電極接続パターン１８やＧＮＤパターン２０ａ，２０ｂを形成するにあたって、基板本体２５上に設定された電極接続パターン形成範囲２８内のレジスト２６、及びＧＮＤパターン形成範囲２９内のレジスト２６を除去することにより、それぞれパターン層２５ａ，２５ｂを露出させ、この露出したパターン層２５ａを、電極接続パターン１８とし、露出したパターン層２５ｂを、ＧＮＤパターン層２０ａ，２０ｂとしている。このため、容易に各パターン１８，２０ａ，２０ｂを形成することができる。

尚、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述の実施形態では、回路基板１２の電極接続パターン１８、及び検出回路部１９が形成されていない箇所の全体に亘ってＧＮＤパターン２０ａ，２０ｂが形成されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、少なくとも電極接続パターン１８と検出回路部１９との間にＧＮＤパターン２０ａ，２０ｂが形成されていればよい。

また、上述の実施形態では、回路基板１２の角部１２ａに電極接続パターン１８が配置されており、この電極接続パターン１８と検出回路部１９との間にＧＮＤパターン２０ａ，２０ｂが形成されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、例えば、回路基板１２の角部１２ａよりも内側に電極接続パターン１８が形成されている場合にあっては、この電極接続パターン１８の周囲にＧＮＤパターンを形成すればよい。

さらに、上述の実施形態では、ＧＮＤパターン２０ａ，２０ｂは、端子２２ａを介して電池９の陰極に接続されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ＧＮＤパターン２０ａ，２０ｂに代わって低電位パターンを設けてもよい。この低電位パターンは、例えば、抵抗等を用いて検出回路部１９に接続されている電極接続パターン１８よりも低電位となるように設定されていればよい。
そして、上述の実施形態では、心拍計測装置１は、例えば、検出した心電信号を無線通信可能なものである場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、有線通信可能なものであってもよい。

また、上述の実施形態では、生体情報検出装置として使用者Ｕの心拍数を計測する心拍計測装置１に用いられる回路基板１２にＧＮＤパターン２０ａ，２０ｂを設けた場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、さまざまな生体情報検出装置に用いられる回路基板に、ＧＮＤパターンを適用することが可能である。例えば、生体情報検出装置として、血圧、体温、筋電位等を計測する装置の回路基板に、ＧＮＤパターンを適用することが可能である。

１心拍計測装置（生体情報検出装置）
２心拍計本体
１２回路基板
１３ａ一方の電極（電極）
１３ｂ他方の電極（電極）
１８電極接続パターン
１９検出回路部
２０ａ，２０ｂＧＮＤパターン
２５基板本体
２５ａ，２５ｂパターン層
２８電極接続パターン形成範囲
２９ＧＮＤパターン形成範囲（低電位パターン形成範囲）
Ｕ使用者

Claims

生体表面に接触する一対の電極と、
これら一対の電極が接続され、前記一対の電極の間に生じる電位差に基づいて、生体情報を検出する回路基板とを備え、
前記回路基板上に、前記一対の電極が電気的に接続される電極接続パターンと、前記電位差に基づいて、生体情報を検出する検出回路部とが設けられている生体情報検出装置であって、
前記回路基板上には、前記電極接続パターンと前記検出回路部との間の前記電極接続パターンと前記検出回路部とが形成されていない箇所に、前記電極接続パターンよりも低電位に設定された低電位パターンが設けられていることを特徴とする生体情報検出装置。
前記低電位パターンは、ＧＮＤパターンに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の生体情報検出装置。
前記電極接続パターンの周囲に、前記低電位パターンが設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の生体情報検出装置。
前記回路基板は、基板本体に形成されたパターン層の上に、レジストを施してなるものであって、前記回路基板上の前記低電位パターンに対応する箇所を低電位パターン形成範囲に設定し、この低電位パターン形成範囲の前記レジストを除去、又は他の箇所の前記レジストよりも薄く形成することにより前記回路基板上に露出した前記パターン層を、前記低電位パターンとしたことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の生体情報検出装置。