JPH09135818A - 携帯用電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的長い時間をかけてデータのサンプリン
グを行う必要があり、かつ、外乱の影響を受けやすい携
帯用電子機器でありながら、ノイズが含まれていても、
また、外乱によって受光センサからの出力信号に突発的
な変動が生じても、脈拍数やピッチなどを支障なく表示
できる携帯用電子機器を提供すること。 【解決手段】 携帯用電子機器１において、脈波検出用
センサユニット３０及び体動検出用センサ９０からの出
力信号に基づいて脈拍数及びピッチを求めるデータ処理
部５０には、これらのセンサからの出力信号のうち、レ
ベルが許容範囲外にある信号については一定値に変換す
るスケーリング処理手段５７が構成されている。このス
ケーリング処理手段５７では、センサからの出力信号が
許容範囲内であっても、低レベルの信号には高レベルの
信号よりも大きな倍率を掛けて低レベルの信号の相対レ
ベルを高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生体の脈波あるい
は動きなどから脈拍数あるいはピッチなどを求める携帯
用電子機器に関するものである。さらに詳しくは、携帯
用電子機器におけるデータ処理技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】血液の量の変化をセンサによって光学的
に検出し、その検出結果に基づいて脈拍数などの脈波情
報を表示する脈波計測装置についても、腕などに装着で
きる携帯用のものが案出されつつある。かかる携帯用電
子機器のデータ処理部では、図１５に示すように、脈波
検出用センサユニット３０Ａから出力された信号は、ま
ず、脈波信号増幅回路５５０Ａにおいて増幅された後、
Ａ／Ｄ変換回路５５１Ａにおいてデジタル信号に変換さ
れ、しかる後に、マイクロコンピュータ５４Ａを介して
脈波データ記憶部５５２Ａに出力されるようになってい
る。かかるデータは、脈拍数の１回の表示あたり、たと
えば８Ｈｚで１６秒間サンプリングされ、計１２８点の
データが脈波データ記憶部５５２Ａに記憶される。そし
て、マイクロコンピュータ５４Ａは、脈波データ記憶部
５５２Ａに記憶されているデータを読み出し、周波数分
析部５０１ＡとしてＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を
行った後、脈波信号成分抽出部５５４Ａとして脈波信号
成分を抽出し、この信号の周波数から脈拍数演算部５５
５Ａとして求めた脈拍数を液晶表示装置１３Ａに表示す
るようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】かかる携帯用電子機器
は、携帯時に外乱に起因して、脈波検出用センサユニッ
ト３０Ａから出力される信号には、真の脈波信号の他に
も、振幅の大きなノイズが含まれることがあり、周波数
分析結果から、脈波信号成分を抽出できないことがある
という問題点がある。また、携帯用電子機器では、携帯
時に外乱に起因して、脈波検出用センサユニット３０Ａ
から出力された信号のレベルが突発的に変動することが
あり、かかる場合に、従来の携帯用電子機器では、以降
の処理が行えないとして、今回のデータに基づく処理を
中止し、次の１６秒間に取り込んだデータに基づいて脈
拍数を演算し直す。このため、従来の携帯用電子機器で
は、携帯時には、脈拍数が表示されないことが頻繁に発
生し、たとえば、ジョギング中やマラソン中の脈拍数な
どを継続的に監視できないという問題点がある。

【０００４】以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、
比較的長い時間をかけてデータのサンプリングを行う必
要があり、かつ、外乱の影響を受けやすい携帯用電子機
器でありながら、ノイズが含まれていても、また、外乱
によって受光センサからの出力信号に突発的な変動が生
じても、脈拍数やピッチなどを支障なく表示できる携帯
用電子機器を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、各種の情報を表示するための表示部を
備える装置本体と、生体の脈波あるいは動きなどを検出
するセンサと、該センサの検出信号に基づいて前記表示
部に表示すべき情報を求めるデータ処理部とを有する携
帯用電子機器において、前記データ処理部は、前記検出
信号のうち低レベルの検出信号については相対的なレベ
ルを高めるスケーリング処理手段と、該スケーリング処
理手段から出力されたスケーリング後の信号に周波数分
析を行う周波数分析手段と、該周波数分析手段による分
析結果から前記情報を求めるための信号成分を抽出する
信号抽出手段とを備えていることを特徴とする。

【０００６】本発明において、前記センサが、生体の脈
波を検出する脈波検出用センサである場合には、前記信
号抽出手段は、前記周波数分析手段による分析結果から
脈拍数を求めるための脈波信号成分を抽出するように構
成される。

【０００７】また、前記センサが、生体の動きを検出す
る体動検出用センサである場合には、前記信号抽出手段
は、前記周波数分析手段による分析結果からピッチを求
めるための体動信号成分を抽出するように構成される。

【０００８】本発明において、前記スケーリング処理手
段は、前記検出信号のうちレベルが所定範囲外にある検
出信号については一定値に変換するように構成されてい
ることが好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】図面に基づいて、本発明の一実施
例を説明する。

【００１０】（全体構成）図１は、本例の携帯用電子機
器の構成を示す説明図である。

【００１１】図１において、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１０と、この装置本体
１０に接続されるケーブル２０と、このケーブル２０の
先端側に設けられた脈波検出用センサユニット３０（生
体の脈波を検出するセンサ）とから大略構成されてい
る。ケーブル２０の先端側にはコネクタピース８０が構
成されており、このコネクタピース８０は、装置本体１
０の６時の側に構成されているコネクタ部７０に対して
着脱自在である。装置本体１０には、腕時計における１
２時方向から腕に巻きついてその６時方向で固定される
リストバンド１２が設けられ、このリストバンド１２に
よって、装置本体１０は、腕に着脱自在である。脈波検
出用センサユニット３０は、センサ固定用バンド４０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
間に装着されている。このように、脈波検出用センサユ
ニット３０を指の根元に装着すると、ケーブル２０が短
くて済むので、ケーブル２０は、ランニング中に邪魔に
ならない。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。従って、指
の根元に脈波検出用センサユニット３０を装着すれば、
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。

【００１２】（装置本体の構成）図２は、本例の携帯用
電子機器の装置本体を、リストバンドやケーブルなどを
外した状態で示す平面図、図３は、携帯用電子機器を３
時の方向からみた側面図である。

【００１３】図２において、装置本体１０は、樹脂製の
時計ケース１１（本体ケース）を備えており、この時計
ケース１１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ＥＬバックライト付きの液晶表示装置１３
（表示部）が構成されている。液晶表示装置１３には、
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
３１、右上側に位置する第２のセグメント表示領域１３
２、右下側に位置する第３のセグメント表示領域１３
３、及び左下側に位置するドット表示領域１３４が構成
されており、ドット表示領域１３４では、各種の情報を
グラフィック表示可能である。

【００１４】時計ケース１１の内部には、加速度センサ
などによって体動を検出するための体動検出用センサ９
０（生体の動きを検出するセンサ）が内蔵されている。

【００１５】時計ケース１１の内部には、体動検出用セ
ンサ９０による検出結果（体動信号）に基づいてピッチ
を求めるとともに、それを液晶表示装置１３で表示する
ために、また、脈波検出用センサユニット３０による検
出結果（脈波信号）に基づいて脈拍数の変化などを求め
るとともに、それを液晶表示装置１３で表示するため
に、各種の制御やデータ処理を行う制御部５０が構成さ
れている。制御部５０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１３に表示可能である。

【００１６】時計ケース１１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ボタン
スイッチ１１１〜１１５が構成されている。また、時計
ケースの表面には、大きめのボタンスイッチ１１６、１
１７が構成されている。

【００１７】携帯用電子機器１の電源は、時計ケース１
１に内蔵されているボタン形の小型の電池５９であり、
ケーブル２０は、電池５９から脈波検出用センサユニッ
ト３０に電力を供給するとともに、脈波検出用センサユ
ニット３０の検出結果を時計ケース１１の制御部５０に
入力している。

【００１８】携帯用電子機器１では、その機能を増やす
にともなって、装置本体１０を大型化する必要がある
が、装置本体１０には、腕に装着されるという制約があ
るため、装置本体１０を腕時計における６時及び１２時
の方向に向けては拡大できない。そこで、本例では、装
置本体１０には、３時及び９時の方向における長さ寸法
が６時及び１２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１１を用いてある。但し、リストバンド
１２は、３時の方向側に偏った位置で接続しているた
め、リストバンド１２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１０１を有するが、かかる大き
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１１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１１にぶつ
けることがない。

【００１９】時計ケース１１の内部において、電池５９
に対して９時の方向には、ブザー用の偏平な圧電素子５
８が配置されている。電池５９は、圧電素子５８に比較
して重いため、装置本体１０の重心位置は、３時の方向
に偏った位置にある。この重心が偏っている側にリスト
バンド１２が接続しているので、装置本体１０を腕に安
定した状態で装着できる。また、電池５９と圧電素子５
８とを面方向に配置してあるため、装置本体１０を薄型
化できるとともに、図３に示すように、裏面部１１９に
電池蓋１１８を設けることによって、ユーザーは、電池
５９を簡単に交換できる。

【００２０】（装置本体の腕への装着構造）図３におい
て、時計ケース１１の１２時の方向には、リストバンド
１２の端部に取り付けられた止め軸１２１を保持するた
めの連結部１０５が形成されている。時計ケース１１の
６時の方向には、腕に巻かれたリストバンド１２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１２２が取り付けられる受け部
１０６が形成されている。

【００２１】装置本体１０の６時の方向において、裏面
部１１９から受け部１０６に至る部分は、時計ケース１
１と一体に成形されて裏面部１１９に対して約１１５°
の角度をなす回転止め部１０８になっている。すなわ
ち、リストバンド１２によって装置本体１０を右の手首
Ｌ（腕）の上面部Ｌ１（手の甲の側）に位置するように
装着したとき、時計ケース１１の裏面部１１９は、手首
Ｌの上面部Ｌ１に密着する一方、回転止め部１０８は、
橈骨Ｒのある側面部Ｌ２に当接する。この状態で、装置
本体１０の裏面部１１９は、橈骨Ｒと尺骨Ｕを跨ぐ感じ
にある一方、回転止め部１０８と裏面部１１９との屈曲
部分１０９から回転止め部１０８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１０８と
裏面部１１９とは、約１１５°という解剖学的に理想的
な角度をなしているため、装置本体１０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１０は、腕Ｌ
の周りを不必要にずれない。また、裏面部１１９及び回
転止め部１０８によって腕の回りの片側２ヵ所で装置本
体１０の回転を規制するだけであるため、腕が細くて
も、裏面部１１９及び回転止め部１０８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。

【００２２】（脈波検出用センサユニットの構成）図４
は、本例の脈波検出用センサユニットの断面図である。

【００２３】図４において、脈波検出用センサユニット
３０は、そのケース体としてのセンサ枠３６の裏側に裏
蓋３０２が被されることによって、内側に部品収納空間
３００が構成されている。部品収納空間３００の内部に
は、回路基板３５が配置されている。回路基板３５に
は、ＬＥＤ３１、フォトトランジスタ３２、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３９３によってケーブル２０の端部が
固定され、ケーブル２０の各配線は、各回路基板３５の
パター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３０は、ケーブル２０が指の根元側か
ら装置本体１０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、ＬＥＤ３１及びフォトトランジス
タ３２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、ＬＥＤ３１は指の先端側に位置し、フォ
トトランジスタ３２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３２に届き
にくいという効果がある。

【００２４】脈波検出用センサユニット３０では、セン
サ枠３６の上面部分（実質的な脈波信号検出部）にガラ
ス板からなる透光板３４によって光透過窓が形成され、
この透光板３４に対して、ＬＥＤ３１及びフォトトラン
ジスタ３２は、それぞれ発光面及び受光面を透光板３４
の方に向けている。このため、透光板３４の外側表面３
４１（指表面との接触面／センサ面）に指表面を密着さ
せると、ＬＥＤ３１は、指表面の側に向けて光を発する
とともに、フォトトランジスタ３２は、ＬＥＤ３１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。ここで、透光板３４の外側表面３４１と指表面との
密着性を高める目的に、透光板３４の外側表面３４１
は、その周囲部分３６１から突出している構造になって
いる。

【００２５】本例では、ＬＥＤ３１として、ＩｎＧａＮ
系（インジウム−ガリウム−窒素系）の青色ＬＥＤを用
いてあり、その発光スペクトルは、４５０ｎｍに発光ピ
ークを有し、その発光波長領域は、３５０ｎｍから６０
０ｎｍまでの範囲にある。かかる発光特性を有するＬＥ
Ｄ３１に対応させて、本例では、フォトトランジスタ３
２として、ＧａＡｓＰ系（ガリウム−砒素−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３００ｎｍから６００ｎｍ
までの範囲にあって、３００ｎｍ以下にも感度領域があ
る。

【００２６】このように構成した脈波検出用センサユニ
ット３０を、センサ固定用バンド４０によって指の根元
に装着し、この状態で、ＬＥＤ３１から指に向けて光を
照射すると、この光が血管に届いて血液中のヘモグロビ
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検出すれば、脈拍数
などを計測できる。

【００２７】本例では、発光波長領域が３５０ｎｍから
６００ｎｍまでの範囲にあるＬＥＤ３１と、受光波長領
域が３００ｎｍから６００ｎｍまでの範囲のフォトトラ
ンジスタ３２とを用いてあり、その重なり領域である約
３００ｎｍから約６００ｎｍまでの波長領域、すなわ
ち、約７００ｎｍ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３０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７００ｎｍ以下
の光は、指を導光体としてフォトトランジスタ３２（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７００ｎｍ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４０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３２まで届かないからである。これに対し、
８８０ｎｍ付近に発光ピークを有するＬＥＤと、シリコ
ン系のフォトトランジスタとを用いると、その受光波長
範囲は、３５０ｎｍから１２００ｎｍ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１μｍ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。

【００２８】また、約７００ｎｍ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３００ｎｍから７００ｎｍ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
８０ｎｍの光に対する吸光係数に比して数倍〜約１００
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。

【００２９】（制御部の構成）図５に示すように、制御
部５０には、脈波検出用センサユニット３０の出力結果
に基づいて脈拍数などをもとめる脈波データ処理部５５
と、体動検出用センサ９０からの入力結果に基づいてピ
ッチをもとめる体動データ処理部５６とが構成されてお
り、体動データ処理部５６及び脈波データ処理部５５
は、ピッチや脈拍数などの情報を出力することによっ
て、かかる情報を液晶表示装置１３に表示可能としてい
る。なお、体動データ処理部５６及び脈波データ処理部
５５の一部は、格納されているプログラムによって動作
するマイクロコンピュータ５４で構成されており、この
マイクロコンピュータの機能については、図５にブロッ
ク図で示してある。

【００３０】まず、脈波データ処理部５５では、脈波検
出用センサユニット３０からケーブル２０を介して入力
された信号を脈波信号増幅回路５５０が増幅した後、こ
の信号をＡ／Ｄ変換回路５５１においてデジタル信号に
変換し、スケーリング処理手段５７を介して脈波データ
記憶部５７３に出力するようになっている。脈波データ
記憶部５７３は、デジタル信号に変換された脈波データ
を記憶しておくＲＡＭである。また、周波数分析部５０
１は、スケーリング処理後の信号に周波数分析としての
高速フーリエ変換（ＦＦＴ処理）を行ない、その結果を
脈波信号成分抽出部５５４に入力するようになってい
る。脈波信号成分抽出部５５４は、周波数分析部５０１
の出力信号から脈波信号成分を抽出して脈拍数演算部５
５５に出力し、脈拍数演算部５５５は、脈波の周波数成
分により脈拍数を演算し、その結果を液晶表示装置１３
に出力するようになっている。ここで、脈波信号は、脈
拍数を一回表示するのに、たとえば８Ｈｚで１６秒間と
いう比較的長い時間をかけてサンプリングされ、計１２
８点のデータが脈波データ記憶部５７３に記憶される。

【００３１】また、体動データ処理部５６では、体動検
出用センサ９０から入力された信号を体動信号増幅回路
５６０が増幅した後、この信号をＡ／Ｄ変換回路５６１
においてデジタル信号に変換し、スケーリング手段５７
を介して体動データ記憶部５７４に出力するようになっ
ている。体動データ記憶部５７４は、デジタル信号に変
換された体動データを記憶しておくＲＡＭである。ま
た、周波数分析部５０１は、スケーリング処理後の信号
に周波数分析としての高速フーリエ変換（ＦＦＴ処理）
を行ない、その結果を体動信号成分抽出部５６４に入力
するようになっている。体動信号成分抽出部５６４は、
周波数分析部５０１の出力信号から体動信号成分を抽出
してピッチ演算部５６５に出力し、ピッチ演算部５６５
は、体動の周波数成分によりピッチを演算し、その結果
を液晶表示装置１３に出力するようになっている。ここ
で、体動信号も、ピッチを一回表示するのに、比較的長
い時間をかけてサンプリングされ、体動データ記憶部５
７４に記憶される。

【００３２】（スケーリング処理手段の構成）本例の携
帯用電子機器１において、脈波検出用センサ３０及び体
動検出用センサ９０の検出信号は、脈波信号増幅回路５
５０及び体動信号増幅回路５６０によって増幅するが、
ノイズ成分などもそのまま増幅されてしまうため、脈波
信号成分抽出部５５４及び体動信号成分抽出部５６４で
脈波信号成分や体動信号成分を抽出しきれないことがあ
る。また、衝突などの外乱に起因する突発的な変動に起
因する大きなノイズが生じると、以降の処理に支障が生
じる。そこで、本例では、スケーリング処理手段５７に
おいて、低レベルの信号については比較的大きな係数を
掛ける一方、高レベルの信号については比較的小さな係
数を掛けて、低レベルの信号の高レベルの信号に対する
相対的なレベルを高めるようになっている。また、スケ
ーリング処理手段５７は、センサの検出信号のうちレベ
ルが所定範囲外にある検出信号については一定値に変換
するように構成されている。

【００３３】すなわち、スケーリング処理手段５７に
は、ＲＯＭなどによって構成されているテーブルデータ
５７１と、マイクロコンピュータ５４において、入力信
号に対してそのレベルに応じた係数をテーブルデータ５
７１から取り込んで入力信号に掛けるデータ変換部５７
２とが構成されており、このデータ変換部５７２からの
出力が脈波データ記憶部５７３及び体動データ記憶部５
７４にそれぞれ記憶されるようになっている。ここで、
スケーリング処理手段５７は、脈波検出用センサユニッ
ト３０の検出結果、及び体動検出用センサ９０の検出結
果の双方に対してスケーリング処理を行うが、その処理
内容は、実質的に同一であるため、脈波検出用センサユ
ニット３０の検出結果に対するスケーリング処理の内容
を、図６を参照して説明する。

【００３４】図６は、スケーリング処理手段５７におい
て行うスケーリングの内容を示すグラフである。

【００３５】図６に示すグラフにおいて、横軸は、スケ
ーリング処理手段５７への入力信号ＶINに相当し、「０
〜２５６」のデジタル値で表されている。縦軸は、スケ
ーリング処理手段５７からの出力信号ＶOUT に相当し、
「０〜２５６」のデジタル値で表されている。ここで、
脈波検出用センサユニット３０の検出結果は、ＶREF／
２［Ｖ］を基準値とする交流のアナログ信号であるた
め、スケーリング処理手段５７への入力信号ＶINにおい
て、脈波検出用センサユニット３０の検出信号における
中点（ＶREF ／２［Ｖ］）に相当するのは、横軸上のデ
ジタル値「１２８」である。また、スケーリング処理手
段５７からの出力信号ＶOUT において、脈波検出用セン
サユニット３０の検出結果における中点（ＶREF ／２
［Ｖ］）に相当するのは、縦軸上のデジタル値「１２
８」である。

【００３６】図中、点線Ｌ０は、スケーリング処理を行
わないときのスケーリング処理手段５７への入力信号Ｖ
INとスケーリング処理手段５７からの出力信号ＶOUT と
の関係を示しており、それらは実質的に線型の関係にあ
る。これに対して、図中、実線Ｌ１は、スケーリング処
理を行ったときのスケーリング処理手段５７への入力信
号ＶINとスケーリング処理手段５７からの出力信号ＶOU
T との関係を示しており、それらは実質的に非線型の関
係にある。

【００３７】たとえば、スケーリング処理手段５７への
入力信号ＶINが、以下の式で示す範囲（図６における範
囲Ｖａ）にある場合には、 ｜ＶIN −ＶREF ／２｜≦ＶREF ・1/8 、 すなわち、入力信号ＶINがデジタル値「９６」〜デジタ
ル値「１６０」の範囲にある場合には、スケーリング処
理手段５７は、入力信号ＶINが小信号領域であるとし
て、大きな係数を乗じた値（出力信号ＶOUT ）を脈波デ
ータ記憶部５７３に出力する。

【００３８】スケーリング処理手段５７への入力信号Ｖ
INが、以下の式で示す範囲（図６における範囲Ｖｂ）に
ある場合には、 ＶREF ・1/8 ＜｜ＶIN −ＶREF ／２｜≦ ＶREF ・
1/4 すなわち、入力信号ＶINがデジタル値「６４」〜デジタ
ル値「９６」の範囲、またはデジタル値「１６０」〜デ
ジタル値「１９２」の範囲にある場合には、スケーリン
グ処理手段５７は、入力信号ＶINがやや小信号領域であ
るとして、やや大きな係数を乗じた値を（出力信号ＶOU
T ）を脈波データ記憶部５７３に出力する。

【００３９】スケーリング処理手段５７への入力信号Ｖ
INが、以下の式で示す範囲（図６における範囲Ｖｃ）に
ある場合には、 ＶREF ・1/4 ＜｜ＶIN −ＶREF ／２｜≦ ＶREF ・
3/8 すなわち、入力信号ＶINがデジタル値「３２」〜デジタ
ル値「６４」の範囲、またはデジタル値「１９２」〜デ
ジタル値「２２４」の範囲にある場合には、スケーリン
グ処理手段５７は、入力信号ＶINがやや大信号領域であ
るとして、「１」よりは大きいが、小さな係数を乗じた
値（出力信号ＶOUT ）を脈波データ記憶部５７３に出力
する。

【００４０】これに対して、スケーリング処理手段５７
への入力信号ＶINが以下の式で示す範囲（図６における
範囲Ｖｄ）にある場合には、 ０ ≦｜ＶIN −ＶREF ／２｜≦ ＶREF ・3/8 すなわち、入力信号ＶINがＶINがデジタル値「０」〜デ
ジタル値「３２」の範囲、またはデジタル値「２２４」
〜デジタル値「２５６」の範囲にある場合には、スケー
リング処理手段５７は、入力信号ＶINが大信号領域であ
るとして、そのレベルにかかわらず、デジタル値「１
６」を出力信号ＶOUT として脈波データ記憶部５７３に
出力する。すなわち、スケーリング処理手段５７は、レ
ベルがデジタル値「３２」〜デジタル値「２２４」の範
囲外にある入力信号ＶINについては、一定値（デジタル
値「１６」またはデジタル値「２４０」）に変換する。
この範囲Ｖｄにある信号は、たとえば、衝撃が加わった
ときの突発的な信号のレベルである。

【００４１】（スケーリング処理手段の動作）次に、ス
ケーリング手段５７で行う処理の具体例を、まず、図７
及び図８を参照して説明する。

【００４２】図７（ａ）は、安静時に脈波検出用センサ
ユニット３０が検出した信号の波形図であり、図７
（ｂ）は、この信号をスケーリング処理せずに周波数分
析したときのスペクトラムである。図７（ｃ）は、安静
時に体動検出用センサ９０が検出した信号の波形図であ
り、図７（ｄ）は、この信号をスケーリング処理せずに
周波数分析したときのスペクトラムである。

【００４３】図８（ａ）は、安静時に脈波検出用センサ
ユニット３０が検出した信号にスケーリング処理を施し
たときの波形に相当する概念図であり、図８（ｂ）は、
脈波検出用センサユニット３０が検出した信号にスケー
リング処理を行った後、周波数分析したときのスペクト
ラムである。図８（ｃ）は、安静時に体動検出用センサ
９０が検出した信号にスケーリング処理を施したときの
波形に相当する概念図であり、図８（ｄ）は、安静時に
体動検出用センサ９０が検出した信号にスケーリング処
理を行った後、周波数分析したときのスペクトラムであ
る。

【００４４】図７（ａ）において、安静時に脈波検出用
センサユニット３０が検出した信号には、ノイズがほと
んどないので、図７（ｂ）に示すスペクトラムから、比
較的容易に脈波信号成分を抽出し、特定できる。なお、
安静時であるから、図７（ｃ），（ｄ）に示すように、
体動検出用センサ９０の検出信号、及びそれを周波数分
析したときのスペクトラムには信号がない。

【００４５】このような場合でも、本例のように、脈波
検出用センサユニット３０が検出した信号にスケーリン
グ処理を行うと、図８（ｂ）に示すように、脈波信号成
分（線スペクトルＳＰ１）のレベルが高くなるので、そ
れを特定しやすい。すなわち、図８（ａ）に示すよう
に、脈波検出用センサユニット３０が検出した信号を増
幅したのと同じ効果を得ることができる。なお、安静時
であるから、図８（ｃ），（ｄ）に示すように、体動検
出用センサ９０の検出信号、及びそれを周波数分析した
ときのスペクトルには、スケーリング有無の差はみられ
ない。

【００４６】図９（ａ）は、脈波信号が小さいときに脈
波検出用センサユニット３０が検出した信号の波形図で
あり、図９（ｂ）は、この信号をスケーリング処理せず
に周波数分析したときのスペクトラムである。図９
（ｃ）は、体動信号が小さいときに体動検出用センサ９
０が検出した信号の波形図であり、図９（ｄ）は、この
信号をスケーリング処理せずに周波数分析したときのス
ペクトラムである。

【００４７】図１０（ａ）は、脈波信号が小さいときに
脈波検出用センサユニット３０が検出した信号にスケー
リング処理を施したときの波形に相当する概念図であ
り、図１０（ｂ）は、脈波信号が小さいときに脈波検出
用センサユニット３０が検出した信号にスケーリング処
理を行った後、周波数分析したときのスペクトラムであ
る。図１０（ｃ）は、体動信号が小さいときに体動検出
用センサ９０が検出した信号にスケーリング処理を施し
たときの波形に相当する概念図であり、図１０（ｄ）
は、体動信号が小さいときに体動検出用センサ９０が検
出した信号にスケーリング処理を行った後、周波数分析
したときのスペクトラムである。

【００４８】図９（ａ）において、脈波検出用センサユ
ニット３０が検出した信号には、真の脈波信号よりも大
きな振幅を有するノイズが含まれているが、単発的なノ
イズであるため、図９（ｂ）に示すスペクトラムでは、
ノイズが小さい。従って、図９（ｂ）に示すスペクトラ
ムから、比較的容易に脈波信号成分を抽出し、特定でき
る。なお、見動き程度の状態であるから、図９（ｃ），
（ｄ）に示すように、体動検出用センサ９０の検出信
号、及びそれを周波数分析したときのスペクトラムには
小さな信号しかない。

【００４９】このような場合でも、本例のように、脈波
検出用センサユニット３０が検出した信号にスケーリン
グ処理を行うと、図１０（ｂ）に示すように、脈波信号
成分（線スペクトルＳＰ１）のレベルが高くなるので、
それを特定しやすい。すなわち、図１０（ａ）に示すよ
うに、脈波検出用センサユニット３０が検出した信号を
増幅したのと同じ効果を得ることができる。なお、見動
き程度の状態であるが、図１０（ｃ），（ｄ）に示すよ
うに、体動検出用センサ９０の検出信号、及びそれを周
波数分析したときのスペクトルも、体動検出用センサ９
０が検出した信号を増幅したのと同じ効果を得ることが
できる。

【００５０】図１１（ａ）は、運動中に脈波検出用セン
サユニット３０が検出した信号の波形図であり、図１１
（ｂ）は、この信号をスケーリング処理せずに周波数分
析したときのスペクトラムである。図１１（ｃ）は、運
動中に体動検出用センサ９０が検出した信号の波形図で
あり、図１１（ｄ）は、この信号をスケーリング処理せ
ずに周波数分析したときのスペクトラムである。

【００５１】図１２（ａ）は、運動中に脈波検出用セン
サユニット３０が検出した信号にスケーリング処理を施
したときの波形に相当する概念図であり、図１２（ｂ）
は、運動中に脈波検出用センサユニット３０が検出した
信号にスケーリング処理を行った後、周波数分析したと
きのスペクトラムである。図１２（ｃ）は、運動中に体
動検出用センサ９０が検出した信号にスケーリング処理
を施したときの波形に相当する概念図であり、図１２
（ｄ）は、運動中に体動検出用センサ９０が検出した信
号にスケーリング処理を行った後、周波数分析したとき
のスペクトラムである。

【００５２】図１１（ａ）において、脈波検出用センサ
ユニット３０が検出した信号には、真の脈波信号よりも
大きな振幅を有するノイズが含まれているが、ノイズの
振幅が小さいため、図１１（ｂ）に示すスペクトラムで
は、ノイズが小さい。従って、図１１（ｂ）に示すスペ
クトラムからでも、比較的容易に脈波信号成分を抽出
し、特定できる。

【００５３】図１１（ｃ）に示すように、体動検出用セ
ンサ９０からは、規則的な波形をもつ信号が出力されて
いるので、図１１（ｄ）に示すように、体動検出用セン
サ９０の検出信号に周波数分析を施したスペクトラムか
ら、体動の基本波ＴＰ１、その第２高調波ＴＰ２、その
第３高調波ＴＰ３を比較的容易に抽出し、特定できる。

【００５４】このような場合でも、本例のように、脈波
検出用センサユニット３０が検出した信号にスケーリン
グ処理を行うと、図１２（ｂ）に示すように、脈波信号
成分（線スペクトルＳＰ１）のレベルが高くなるので、
それを特定しやすい。すなわち、図１２（ａ）に示すよ
うに、脈波検出用センサユニット３０が検出した信号を
増幅したのと同じ効果を得ることができる。

【００５５】また、図１２（ｄ）に示すように、体動検
出用センサ９０の検出信号、及びそれを周波数分析した
ときのスペクトラムでは、体動の基本波ＴＰ１、その第
２高調波ＴＰ２、その第３高調波ＴＰ３のレベルが高く
なるので、それを特定しやすい。すなわち、図１２
（ｃ）に示すように、体動検出用センサ９０が検出した
信号を増幅したのと同じ効果を得ることができる。

【００５６】図１３（ａ）は、運動中に衝突などの突発
的な異常があったときに脈波検出用センサユニット３０
が検出した信号の波形図であり、図１３（ｂ）は、この
信号をスケーリング処理せずに周波数分析したときのス
ペクトラムである。図１３（ｃ）は、運動中に衝突など
の突発的な異常があったときに体動検出用センサ９０が
検出した信号の波形図であり、図１３（ｄ）は、この信
号をスケーリング処理せずに周波数分析したときのスペ
クトラムである。

【００５７】図１４（ａ）は、運動中に衝突などの突発
的な異常があったときに脈波検出用センサユニット３０
が検出した信号にスケーリング処理を施したときの波形
に相当する概念図であり、図１４（ｂ）は、運動中に衝
突などの突発的な異常があったときに脈波検出用センサ
ユニット３０が検出した信号にスケーリング処理を行っ
た後、周波数分析したときのスペクトラムである。図１
４（ｃ）は、運動中に衝突などの突発的な異常があった
ときに体動検出用センサ９０が検出した信号にスケーリ
ング処理を施したときの波形に相当する概念図であり、
図１４（ｄ）は、運動中に衝突などの突発的な異常があ
ったときに体動検出用センサ９０が検出した信号にスケ
ーリング処理を行った後、周波数分析したときのスペク
トラムである。

【００５８】図１３（ａ）において、脈波検出用センサ
ユニット３０が検出した信号には、真の脈波信号よりも
かなり大きくてスケールアウトするほどの振幅を有する
ノイズ成分が含まれているため、図１３（ｂ）に示すス
ペクトラムにおいて、単に強度の高いものを脈波信号成
分（線スペクトルＳＰ１）とする方法では、脈波信号成
分（線スペクトルＳＰ１）を抽出できない。

【００５９】また、図１３（ｂ）において、体動検出用
センサ９０が検出した信号でも、真の体動信号よりもか
なり大きくてスケールアウトするほどの振幅を有するノ
イズ成分が含まれているため、図１３（ｄ）に示すスペ
クトラムにおいて、体動信号成分（体動の基本波ＴＰ
１、その第２高調波ＴＰ２、その第３高調波ＴＰ３）を
抽出できない。

【００６０】このような場合に、本例のように、脈波検
出用センサユニット３０が検出した信号にスケーリング
処理を行うと、図１４（ｂ）に示すように、脈波信号成
分（線スペクトルＳＰ１）のレベルがノイズ成分よりも
高くなる。従って、脈波信号成分（線スペクトルＳＰ
１）を簡単に抽出し、特定できる。また、スケールアウ
トしていたノイズ成分も、所定の値として扱われている
ので、処理に支障がない。すなわち、図１４（ａ）に示
すように、脈波検出用センサユニット３０が検出した信
号のうち、脈波信号のみについて増幅したのと同じ効果
を得ることができる。

【００６１】同様に、脈波検出用センサユニット３０が
検出した信号に対しても、本例のように、スケーリング
処理を行うと、図１４（ｄ）に示すように、体動信号成
分（体動の基本波ＴＰ１、その第２高調波ＴＰ２、その
第３高調波ＴＰ３）が明確に出現した状態になる。従っ
て、体動信号成分を容易に、かつ確実に抽出し、特定で
きる。また、スケールアウトしていたノイズ成分も、所
定の値として扱われているので、処理に支障がない。す
なわち、図１４（ｃ）に示すように、体動検出用センサ
９０が検出した信号のうち、体動信号のみについて増幅
したのと同じ効果を得ることができる。

【００６２】（携帯用電子機器の全体的な動作）このよ
うに構成した携帯用電子機器１の動作を、簡単に説明す
る。

【００６３】まず、図１において、携帯用電子機器１を
通常の腕時計として用いる場合には、ケーブル２０及び
センサユニット３０を装置本体１０のコネクタ部７０で
外した状態で、装置本体１０をリストバンド１２で腕に
装着する。このとき、コネクタ部７０には、コネクタカ
バーを装着し、その見栄えを高めるとともに、コネクタ
部７０を保護する。

【００６４】一方、携帯用電子機器１を用いてランニン
グ中の脈拍数を計測する場合には、図１に示すように、
コネクタピース８０をコネクタ部７０に装着して、ケー
ブル２０を装置本体１０に接続した後、装置本体１０を
リストバンド１２で腕に装着する。また、センサユニッ
ト３０をセンサ固定用バンド４０によって指に密着させ
た状態でランニングを行なう。

【００６５】この状態で、ＬＥＤ３１から指に向けて光
を照射すると、この光が血管に届いて血液中のヘモグロ
ビンによって一部が吸収され、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３２に
よって受光され、その受光量変化は、血液の脈波によっ
て生じる血量変化に対応する。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フォトトラ
ンジスタ３２で監視すれば、図５を参照して、データ処
理部５０の機能を説明したように、脈拍数やピッチを求
めることができる。

【００６６】（実施例の主な効果）このように、本例の
携帯用電子機器１では、脈波検出用センサユニット３０
及び体動検出用センサ９０から出力された信号は、脈波
信号増幅回路５２において増幅され、かつ、Ａ／Ｄ変換
回路５３においてデジタル信号に変換された後、そのレ
ベルのまま周波数分析にかけられるのではなく、スケー
リング処理手段５４１によって処理された後に、周波数
分析部５０１において周波数分析にかけられる。このた
め、脈波検出用センサユニット３０及び体動検出用セン
サ９０から出力された信号に真の脈波信号や真の体動信
号に比較して大きな振幅を有するノイズが含まれていた
場合でも、脈波信号や体動信号のみについて増幅したの
と同じ効果を得ることができる。従って、周波数分析後
のスペクトラムからは、脈波信号成分や体動信号成分を
容易に、かつ正確に抽出し、特定することができる。

【００６７】また、たとえ外乱によって脈波検出用セン
サユニット３０及び体動検出用センサ９０からの出力信
号に突発的な大きな変動が生じても、これらのデータに
ついては、不感領域にある信号として一定値に強制的に
変換してしまう。それ故、脈波検出用センサユニット３
０及び体動検出用センサ９０からの出力信号に突発的な
大きな変動が生じても、改めて長い時間をかけてデータ
のサンプリングをし直す必要がなく、脈拍数やピッチを
支障なく、かつ正確に求めることができる。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る携帯
用電子機器のデータ処理部には、脈波信号や体動信号な
どのセンサの検出信号のうち低レベルの信号については
その相対的なレベルを高めるスケーリング処理手段を設
け、このスケーリング処理手段から出力された信号に対
し、周波数分析手段は周波数分析を行うことに特徴を有
する。従って、本発明によれば、センサから出力された
信号に真の脈波信号や真の体動信号に比較して大きな振
幅を有するノイズ成分が含まれていた場合でも、脈波信
号や体動信号のみについて増幅したのと同じ効果を得る
ことができる。それ故、周波数分析後のスペクトラムか
らは、脈波信号成分や体動信号成分を容易に、かつ正確
に抽出し、特定することができる。

【００６９】また、たとえ外乱によってセンサからの出
力信号に突発的な大きな変動が生じても、これらのデー
タについては、不感領域にある信号として一定値に強制
的に変換すると、以降の処理に支障がないので、改めて
長い時間をかけてデータのサンプリングをし直す必要が
なく、脈拍数やピッチを支障なく求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る携帯用電子機器の全体
構成、及び使用状態を示す説明図である。

【図２】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３】図１に示す携帯用電子機器の装置本体を腕時計
の３時の方向からみたときの説明図である。

【図４】図１に示す携帯用電子機器に用いた脈波検出用
センサユニットの断面図である。

【図５】図１に示す携帯用電子機器のデータ処理部の機
能を示すブロック図である。

【図６】図５に示すスケーリング処理手段において行う
スケーリングの内容を示すグラフ図である。

【図７】（ａ）は、図１に示す携帯用電子機器におい
て、安静時に脈波検出用センサユニットが検出した信号
の波形図、（ｂ）は、この信号をスケーリング処理せず
に周波数分析したときのスペクトラム、（ｃ）は、安静
時に体動検出用センサが検出した信号の波形図、（ｄ）
は、この信号をスケーリング処理せずに周波数分析した
ときのスペクトラムである。

【図８】（ａ）は、図１に示す携帯用電子機器におい
て、安静時に脈波検出用センサユニットが検出した信号
にスケーリング処理を施したときの波形に相当する概念
図、（ｂ）は、脈波検出用センサユニットが検出した信
号にスケーリング処理を行った後、周波数分析したとき
のスペクトラム、（ｃ）は、安静時に体動検出用センサ
が検出した信号にスケーリング処理を施したときの波形
に相当する概念図、（ｄ）は、安静時に体動検出用セン
サが検出した信号にスケーリング処理を行った後、周波
数分析したときのスペクトラムである。

【図９】（ａ）は、図１に示す携帯用電子機器におい
て、脈波信号が小さいときに脈波検出用センサユニット
が検出した信号の波形図、（ｂ）は、この信号をスケー
リング処理せずに周波数分析したときのスペクトラム、
（ｃ）は、体動信号が小さいときに体動検出用センサが
検出した信号の波形図、（ｄ）は、この信号をスケーリ
ング処理せずに周波数分析したときのスペクトラムであ
る。

【図１０】（ａ）は、図１に示す携帯用電子機器におい
て、脈波信号が小さいときに脈波検出用センサユニット
が検出した信号にスケーリング処理を施したときの波形
に相当する概念図、（ｂ）は、脈波信号が小さいときに
脈波検出用センサユニットが検出した信号にスケーリン
グ処理を行った後、周波数分析したときのスペクトラ
ム、（ｃ）は、体動信号が小さいときに体動検出用セン
サが検出した信号にスケーリング処理を施したときの波
形に相当する概念図、（ｄ）は、体動信号が小さいとき
に体動検出用センサが検出した信号にスケーリング処理
を行った後、周波数分析したときのスペクトラムであ
る。

【図１１】（ａ）は、図１に示す携帯用電子機器におい
て、運動中に脈波検出用センサユニットが検出した信号
の波形図、（ｂ）は、この信号をスケーリング処理せず
に周波数分析したときのスペクトラム、（ｃ）は、運動
中に体動検出用センサが検出した信号の波形図、（ｄ）
は、この信号をスケーリング処理せずに周波数分析した
ときのスペクトラムである。

【図１２】（ａ）は、図１に示す携帯用電子機器におい
て、運動中に脈波検出用センサユニットが検出した信号
にスケーリング処理を施したときの波形に相当する概念
図、（ｂ）は、運動中に脈波検出用センサユニットが検
出した信号にスケーリング処理を行った後、周波数分析
したときのスペクトラム、（ｃ）は、運動中に体動検出
用センサが検出した信号にスケーリング処理を施したと
きの波形に相当する概念図、（ｄ）は、運動中に体動検
出用センサが検出した信号にスケーリング処理を行った
後、周波数分析したときのスペクトラムである。

【図１３】（ａ）は、運動中に衝突などの突発的な異常
があったときに脈波検出用センサユニットが検出した信
号の波形図、（ｂ）は、この信号をスケーリング処理せ
ずに周波数分析したときのスペクトラム、（ｃ）は、運
動中に衝突などの突発的な異常があったときに体動検出
用センサが検出した信号の波形図、（ｄ）は、この信号
をスケーリング処理せずに周波数分析したときのスペク
トラムである。

【図１４】（ａ）は、運動中に衝突などの突発的な異常
があったときに脈波検出用センサユニットが検出した信
号にスケーリング処理を施したときの波形に相当する概
念図、（ｂ）は、運動中に衝突などの突発的な異常があ
ったときに脈波検出用センサユニットが検出した信号に
スケーリング処理を行った後、周波数分析したときのス
ペクトラム、（ｃ）は、運動中に衝突などの突発的な異
常があったときに体動検出用センサが検出した信号にス
ケーリング処理を施したときの波形に相当する概念図、
（ｄ）は、運動中に衝突などの突発的な異常があったと
きに体動検出用センサが検出した信号にスケーリング処
理を行った後、周波数分析したときのスペクトラムであ
る。

【図１５】従来の携帯用電子機器のデータ処理部の機能
を示すブロック図である。

【符号の説明】

１・・・携帯用電子機器 １０・・・装置本体 １１・・・時計ケース（本体ケース） １２・・・リストバンド １３・・・液晶表示装置 ３０・・・脈波検出用センサユニット ３１・・・ＬＥＤ（発光部） ３２・・・フォトトランジスタ（受光センサ） ５０・・・データ処理部 ５４・・・マイクロコンピュータ ５５・・・脈波データ処理部 ５６・・・体動データ処理部 ５７・・・スケーリング手段 ９０・・・体動検出用センサ ５０１・・・周波数分析部 ５５０・・・脈波信号増幅回路 ５５１、５６１・・Ａ／Ｄ変換回路 ５５４・・・脈波信号成分抽出部 ５５５・・・脈拍数演算部 ５６０・・・体動信号増幅回路 ５６４・・・脈波信号成分抽出部 ５６５・・・ピッチ演算部 ５７１・・・テーブルデータ ５７２・・・データ変換部 ５７３・・・脈波データ記憶部 ５７４・・・体動データ記憶部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各種の情報を表示するための表示部を備
   える装置本体と、生体の脈波あるいは動きなどを検出す
   るセンサと、該センサの検出信号に基づいて前記表示部
   に表示すべき情報を求めるデータ処理部とを有する携帯
   用電子機器において、 前記データ処理部は、前記検出信号のうち低レベルの検
   出信号の相対的なレベルを高めるスケーリング処理手段
   と、該スケーリング処理手段から出力されたスケーリン
   グ後の信号に周波数分析を行う周波数分析手段と、該周
   波数分析手段による分析結果から前記情報を求めるため
   の信号成分を抽出する信号抽出手段とを備えていること
   を特徴とする携帯用電子機器。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記センサは、生体
   の脈波を検出する脈波検出用センサであり、前記信号抽
   出手段は、前記周波数分析手段による分析結果から脈拍
   数を求めるための脈波信号成分を抽出するように構成さ
   れていることを特徴とする携帯用電子機器。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記センサは、生体
   の動きを検出する体動検出用センサであり、前記信号抽
   出手段は、前記周波数分析手段による分析結果からピッ
   チを求めるための体動信号成分を抽出するように構成さ
   れていることを特徴とする携帯用電子機器。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかの項におい
   て、前記スケーリング処理手段は、前記検出信号のうち
   レベルが所定範囲外にある検出信号については一定値に
   変換するように構成されていることを特徴とする携帯用
   電子機器。