JPS58165821A

JPS58165821A - 心拍数計つき電子腕時計

Info

Publication number: JPS58165821A
Application number: JP57048002A
Authority: JP
Inventors: 田村　富士夫
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1982-03-25
Filing date: 1982-03-25
Publication date: 1983-09-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、心拍数を計る機能を有する電子腕時計におけ
る心拍検出手段に関するものである。

心拍数は運動強度をよく表現しているので、安全かつ科
学的な運動訓練に心拍数を計ることは、今では常識にな
っている。このため、従来から、腕時計に心拍数計を組
込んだ機器が開発されてきた。

心拍を検出する方法は、大別して２つある。１つは光セ
ンサで末梢勉脈血の脈ｍを検出するものであり、他の１
つは、心臓筋肉の収縮をコントロールする心電１位を体
表面上で拾うものである。後者は、検出に電力全殆ど必
要としないので、腕時計と組合わせるのに適した方法で
あるが、運動中連続して心拍数をはかるＩ７２：は、心
拍数計本体と別の電極を体表面に接着しなけわばならな
い欠点がある。−力、前者の光重脈波検出方式は、指先
などの体の一点で心拍を検出できるという長所がある反
面、赤外線を発光する発光ダイオードが多大の電力を消
費するので、このままでは腕時計に組込むことは得策で
はない。そこで、光重脈波センサを駆動する電池を電子
腕時計を駆動する電池と分離し、光重脈波センサ駆動用
電池をセンサ自身に収納することによって、光電脈波セ
ンサ牙腕時削ンステムに応用す４１時１（生じる致命的
な欠陥を改善した。

この思想を、更に発展させることによって、心電位検出
方式による心拍計数付き電子腕時計の大きな欠点を除去
することができる。即ち、光重脈波センサに、その駆り
！Ｉｌ市源のみならず、脈波増幅回路も収納し、党略脈
波センサの出力端子を直接ｒ（）雷位検出方式心拍数岨
の電極端子に接続できるよう（（することにより、外部
電極なしで運動中の心拍数測定を可能に１゛ることか、
本発明の目的である。

以下、図面によって本発明の詳細な説明する。

第１図（ａ）は、心電位検出型心拍数計を組込んだ電子
腕時計の外観およびその使い方を示す図であり、第１図
（ｂ）は、心電位検出の原理を示すものである。第１図
ｔ（ａ）と（ｂ）ｖｒおいて、１，２は金載雷、極であ
わ、プラスチックなどの絶縁物より成るケース４の表面
・裏面にと９つけられ、通常、電、椿１は名指に、電極
２は左手首に接触する。

第２図は、このような電、極配置によって得られる心宜
位波形を模式的に示している。−°極１，２に誘導され
た心電位は重子回路６で電子的に処理され、表示体５で
心拍数として表示される。６は、腕時計と心拍数計との
機能を切換えるためのスイッチであり、７は腕時計本体
及び心電位検出型心拍数Ｈ士を駆動する電、池である。

次に、前記心拍数計４の動作を、第３図と第４図によシ
説明する。前記笥、極１，２によって誘導された心情°
位（本実施例の場合に、被験者の左手−右手間の心電位
、即ち、標準肢誘導法で言えば、工ｉ８専心電位である
）は、前置増幅器８に導かれ差動増幅される、帯域濾波
器９は、前記心電位のうち心室収縮を示すＱＲ８波を選
択し、心室弛緩金示すＴ波や心電位に混入する交流雑音
や筋市位等の不要な信号を除去する。この帯域濾波器の
中心周波数は通常２０Ｈｚである。主増幅器１０は、前
記濾波器で強調さ第１たＱＲ８波を太きく増幅し、レベ
ル検出器１１は心電位ＱＲ８波に同期する信号Ｌ１，２
・・・を生む（第４図）。波形整形器１２は前記信号Ｌ
１，２・・・全完全なパルス信号Ｗ１１２・・・に変え
る（第４図）。前記パルス信号Ｗ１とＷ２の間隔は、ク
ロック信号ＯＬによってカウンタ１３で計測される（第
４図）。心拍数換算ＲＯＭ１４は、前記パルス信号Ｗ１
とＷ！の間に存在するクロック信号ＯＬの数からＷｌ　
とＷｔの周期を直接１分間当シの心拍数に換算する機能
を有するリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）である。前記
心拍数換算ＲＯＭの出力信号はラッチ回路１５で、つぎ
の期間の心拍数に換算されたデータが転送される迄、保
持され、デコーダ１６を介して、液晶表示器５で心拍数
として表示される。１７は、前記ク　５− ロック（ｉＴ号ＯＬやラッチ回路、デコーダをコントロ
ールするための信号全発生するコントロール信号発生器
であり、１８はこれらの信号の源信号を作り出し、又、
時計の時間標準信号を作シ出す発恨器である。１９は時
計信号発生回路であり、ここで時計としての全ての機能
が行なわれる。この部分は、すでにデジタル時計におい
て全く公知であるので、詳細な説明は省略する。２０は
、前記心拍数計測モード呼出しボタンが押された時に前
記デコーダの入力側を心拍計数電子回路側に接続するた
めの電子スイッチである。

さて、心拍数は安静時の他、運動中のそれも測定しなけ
ればならない場合が多い。前記のシステムでは、電極に
指をあてながら運動することはできない、このため、一
度運ｗＪヲ中断するしかなく、これは大変不便である。

心電位方式のこの欠点を補うため、従来は、第５図（ａ
）と第５図（ｂ）で示すような、胸電極を装着するのが
一般的であつｆｃｏ胸ベルト２２のうら側に金属電極１
′、２／　　が貼られていて、これが心臓の近くの胸部
皮ふに密着し、　６− 心電位を誘導する。ベルト２２でしつかり固定されるの
で、運動中でも安定した心電位がひろえるが、導線２１
，２１／や、それらを固定するためのベルト２３が必要
であシ、非常に装着が大変であり、あ゛まり普及し７て
いない。

ここで、光電脈波センサけ、指先の血流全検出するもの
であり、センサの装着位置は千名のすぐ近くであり、心
拍数計つき電子腕時引本体に極く短かい導線で接続でき
る他、胸電極のように、大げさな準備も不要である。又
、光電脈波センサは多大Δ電、力を消費するので、その
１捷では電子腕時計ンステムと一緒に出来ないが、光電
脈波センサを駆動する電源ケそｔ１自身に収納すること
によって、市子腕時削Ｖこも適用できるようになったこ
とに、前に述べた。更に、光電脈波センサの中に、増幅
器を収納し、脈波を増幅し、この出力信号を、前記上筒
１位検出型心拍数計の入力端子（即ち、宵棒１，２）又
はピン３９．３９’（第７図）Ｋ加える事によって、心
電位検出型心拍数割で、光電脈波センサが使えるように
するものである。こねが本発明の原理である。

次に、本発明を図面によって詳細に説明する、第６図は
、本発明の実施何である。２４は赤外光を放射する光ダ
イオード（以下ＬＥＤ　）であり、２５は赤外光を電気
信号に変換するフオ））ランジスタ、２６に脈波増幅回
路ブロック、２７は回路基鈑であり、基８１２７の裏面
はエポキン樹脂２７′で覆われている。これらは、第８
図で示されるような電子回路を形成している。３５は、
前ｆ、Ｑ　工・ＦｉＤやフォトトランジスタ、電子回路
を駆動するための電池であり、プラスチックより成る電
池ボックス３１の中に収納される。２８は、例えばアル
ミ材から成る電池ブタであシ、前記電池ボックス３１に
ネジ込み結合し、市゛池交換を可能にしている。更に、
この電池ブタは金属バネ２９とネジ３０．接続依３５′
を経て、前記笥５子回路の（＋）端子につながっている
。前記電池の（−）端子は、接続８１５５を介し、電源
スィッチ３４を経て前記電子回路の（−）端子に接続し
ている。

６２はゴム製の指サツクであシ、遮光を目的とする。前
記電子回路の出力信号は、導線３６　、５６’を経て、
心拍計数付き腕時計の本体４（第７図）に導かれる。

第７図は、本発明による光電脈波センサの使用方法を説
明している。３７は光電脈波センサのソケットであり、
ピン３８，３８７は、時計本体４にある受Ｄ３９，３９
’に差込捷れる。５は表示体であり、腕時計の時は時刻
を、心拍数計の時は心拍数を表示する。３は腕時計モー
ドと心拍数計セードを切換えるだめのスイッチ、４１は
腕時計モードにおける機能を切シかえるためのスイッチ
であシ、４０．４０’は腕時計本体を腕に装着するため
のバンドである。普ｇ２は、通常のデジタル式腕時１［
として本機を使用する。通常の心拍数計として本機全使
用する場合は、心拍数計モードにして電極１に指をのせ
、心拍数を測定する。心電位波高値が小さすぎて、本機
ではそれを検出できない場合や、運動中の心拍数をはか
りたい時には、指サツク６２？左中指か左人差指にしっ
かりとはめ、ソケット３７を本体４Ｖｃ差込む。次にス
イン　９− チロｆ押して心拍数計モードにし、光電、脈波センサの
電源スィッチをＯＮにする。すると、導線５６．５６’
は、動脈血の脈流に同期した電気信号（第９図（ｂ））
を、本体４中の電子回路に伝え、表示体５には心拍数が
表示される。心拍数計としての使用が終了すれば、市、
源スイッチ３４　？　ＯＦＦにする。電池が消耗した時
は、電、池ブタ２８を開けて電池を交換する。

第８図は、前配光市脈波センサの電子回路を示す、２４
はＬＦｉＤであり、２５はフォトトランジスタである。

フォトトランジスタ２５のエミッタ側のポイントａには
、第９図（ａ）に示すような血流に同期した脈波信号が
得られる。脈波の振幅は、およそ５０ｍＶ（らいのもの
が得られる。脈波の周波数成分は低く、２から５Ｈ２く
らいであり、このま壕では直接心事１泣増幅器に加えて
も、周波数が低すぎて十分に検出できない（心電位増幅
器の中心周波数は約２ＤＩ（Ｚである）、そこで、トラ
ンジスタ２５′によって増幅し、ポイントｂに約４倍の
出力信号（第９図（ｂ））を得る。脈波イご号−１０− の振幅値が２００７ＦＬＹあれば、心電位増幅器で十分
検出可能となる。

本実施例においては、ソケットとビン受口によって光電
脈波センサと心電位検出回路を接続したが、スペースが
限られていて、しかも防水性の重んじられる腕時計にあ
っては、ビン受口をあらたに設けることは、種々の点で
不利である。そこで、光電脈波センサの出力信号を、直
接、心電位検出用電極に接続するのが一番実用的である
。このような時、本発明は特に有効である。

以上述べてきたように、本発明は、光重、脈彼センザの
出力信号を、直接、心室１位検出型心拍数計の入力抱子
（又は、心室５位誘導用電極）に加えることによって、
心室１位検出型心拍数訂が十分に機能できない状態にあ
る時（例えば、心室１位波高値が小さすぎたり、運動中
）に（は、光電脈波センサが使用でき、普段は、市、力
消費の少ない心室２位検出型心拍数計で心拍数をはかる
ことができることを可能にするという効果ケ有するもの
である。

なお、本実施例には明記しなかったが、光重脈波増幅回
路のあとに、更に波形整形回路又は、インピーダンス変
換回路などを付加すれば、回路部品点数は増加するが、
前記光電脈波センサの出力インピーダンスを大幅に低減
しつるので、前記心電位検出型心拍数計の電子回路に誘
導雑音量の少ない良質な脈波信号を送ることができるこ
とは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、心電位検出型心拍数計を内蔵する電子
腕時計を示す図、第１図（ｂ３は、心電位検出型心拍数計を内蔵する電子
腕時計の構造を説明する概念図、第２図は、心電位波形を説明する模式図、第３図は、心
電位検出型心拍数計を内蔵する雷電子腕時計の電子回路
ブロック図、第４図は、心電位検出型心拍数計の動作原理を説明する
ための信号波形を示す図、　　　　　　　　　　　　１
第５図（ａ）は、胸電、極の使用例を示す図、第５図（
ｂ）は、胸電極の構造を示す模式図、第６図は、本発明
による光電脈波センサの構造を示す図、第７図は、本発明による光電脈波センサの使用状態を説
明する図、第８図は、本発明による光電脈波センサの市、子回路を
示す図、第９図（ａ）　、　（ｂ）は、本発明による光重、脈岐
センサの信号波形を示すし１である。１・・・指電極　　　　　２・・・左手電極４・・・プ
ラスチック・ケース６・・・電子回路　　　　７・・・電池２４・・・ＬＦ
ｉＤ　　　　　　２５・・・フォトトランジスタ２６・
・・電子回路　　　５３・・・電、池３２・・・指サツ
ク　　　３４・・・電源スィッチ３２・・・光電脈波セ
ンサの指サツク４・・・心電位検出型心拍数計を内蔵する電子腕時計本
体３７・・・ソケット以上 −１５− 第１１図（Ｑ）第１図（ｂ）第２図第４図（、Ｌ刀ウシタ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一対の電極によって心電位を誘導し、心電位の時
間間隔からそｉ′１に相当する心拍数を表示する機能を
有することを特徴とする心拍数計つき電子腕時計。
（２）光電脈波センサの出力信号を、心拍数計の入力端
子又に、一対の電極又は、前記心拍数計の電子回路の一
部に印加する手段を有することを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の心拍数計つき電子腕時計。
（３）前記光市脈センサを駆動する電源と前記心拍数計
を駆動する電源が異なっていることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の心拍数計つき電子腕時計。
（４）前記光重脈波センサに脈波倍月を増幅する手段を
有することを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の心
拍数計つき電子腕時計。
（５）前記心拍数計に時計機能がつけられていることを
特徴とする特許請求の範囲第１１記載の心拍数計つき電
子腕時計、