JPS6025203Y2 - 脈波センサ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案はウォッチに組込まれるなどして使用される光
電式脈波センサに関するものである。

血液中の赤血球に含まれるヘモグロビンは、特定波長の
光、例えば７．０ＯＯＡの波長の光を大きく反射および
散乱させるな特性を有している。

上記光を生体に照射し、その反射光又は透過光の変化を
検出すれば、心拍に応じた脈波を得ることができる。

従来、この種の光電式脈波センサとしては、第１図に示
すように直流電源１に保護抵抗２を介してランプ３を並
列に接続し、さらに負荷抵抗４を介してＣｄＳｅ等の受
光素子５を直流電源１の並列に接続した構成になってい
る。

上記構成の脈波センサにおいて、ランプ３と受光素子５
間に指先等の生体を位置させ、その生体にランプ３から
の光を照射すれば、該光は血管を含む生体により反射あ
るいは透過して受光素子に到達する。

ここで、受光素子５に入射される光量は心臓の拍動に伴
う血流の増減により変化するため、受光素子５にＣｄＳ
ｅを用いていれば、上記入射光量の変化に応じて受光素
子５の抵抗値が増減し、同時に受光素子５の両端電圧も
変化し、その変化分が脈波信号として取出されることに
なる。

この場合、受光素子５には、生体を介してランプからの
反射光又は透過光の他に、これらより十分に大きい外部
光が入射されるため、受光素子５の両端に現われる信号
は、外部光により得られる出力信号に脈波信号成分が重
畳された形の波形となる。

したがって、外部光が僅かでも変動すると、これが受光
素子の出力端にあたかも脈波信号のように現われ、正確
な脈派信号の検出ができなくなってしまう。

そこで、外部光の変動に対する受光素子５の抵抗値変化
が無視できるように負荷抵抗４の抵抗値を大きくすれば
良いが、これに伴い必要とする脈波信号そのものも小さ
くなって脈拍測定の感度が低下してしまう。

従来上記のような欠点を改良したものとして、第２図に
示す回路方式の脈波センサが提案されている。

この方式の脈波センサは、第１図と同様の直流電源およ
びランプ３の他に、ブリッジに接続した負荷抵抗４ａ、
４ｂおよびＣｄＳｅからなる受光素子５ａ、５ｂと、こ
のブリッジ回路の出力端に接続した差動増幅器６とを組
合わせたものから構成され、そして両受光素子５ａ、５
ｂは同一生体下で互いに少し離れた部位をセンラングす
るようになっている。

かかる脈波センサにおいては、受光素子５ａ。

５ｂの配列方向に血流の方向を一致させて手首等の生体
を両受光素子５ａ、５ｂにまたって位置させ、そして心
拍による血流の増幅状態が受光素子５ａから受光素子５
ｂへ移行するときに両受光素子５ａ、５ｂから得られる
信号の位相差から脈波を検出するものである。

その場合、外部光による両受光素子５ａ、５ｂの出力信
号は同位相であるため、両受光素子からの信号を差動増
幅器６に入力すれば、外部光による信号成分は互いにキ
ャンセルされ、差動増幅器６の出力側には脈波の信号成
分のみが取出されることになる。

しかし、上記のような方式は、指先のような毛細血管の
入り組んだ測定部位では一方向の血流とはならず、した
がって位相差による脈波の検出は不能となる。

この考案は上記のような従来の欠点を解消するためにな
されたもので、指先のような小面積および末梢血管の部
位からでも脈波の検出を確実にし、かつ脈波信号の外部
光変化による影響を除去するようにした光電式脈波セン
サを提供することを目的とし、その特徴とするところは
、脈波検出用受光素子、生体と同一の透過率を持つフィ
ルタを通しての外部光を受ける受光素子および負荷抵抗
によりブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路からの
出力を差動増幅器に入力することにより心拍に応じた脈
波信号のみを取出すようにしたものである。

以下、この考案の実施例を図面について説明する。

第３図はこの考案にかかる光電式脈波センサの具体的回
路例を示すもので、直流電源１には、赤血球のヘモグロ
ビンにより有効に反射、散乱される波長域を含む光を出
すランプ、ＬＥＤ等の発光素子３が並列に接続され、さ
らに前記電源１には、ＣｄＳｅからなる脈波検出用受光
素子７とこの受光素子７とほぼ同一の光導電効果を持ち
外部光により抵抗値が変化するＣｄＳｅ等の外部光補償
用受光素子８および負荷抵抗９，１０をブリッジ接続し
てなる回路１１が並列に接続されている。

このブリッジ回路１１の出力端子Ａ、 Ｂには差動増幅
器１２の入力端が接続され、その出力端子ＯＵＴからは
心拍に伴う脈波信号のみを出力するようになっている。

また、前記発光素子３およびブリッジ回路１１にはこれ
に流れる電流を制限するＭＯＳ）ランジスタ１３，１４
のソース・ドレイン間がそれぞれ直列に接続され、さら
にこのＭＯＳ）ランジスタ１３．１４のゲートには脈波
測定時にのみゲートパルスを供給するための端子面が接
続されている。

また、前記外部光補償用受光素子８は、脈波検出用受光
素子７に押し当てられる指先等の生体と同じ光透過度を
持つフィルタ１５により覆われ、このフィルタ１５を通
して外部光が受光素子８に入射されるようにしである。

第４図は前記発光素子３および受光素子７，８の電子腕
時計咎への実装例を示すもので、発光素子３および脈波
検出用受光素子７は比較的近接した状態で時計ケース本
体１６に埋設され、そして発光素子３の光照射面および
受光素子７の受光面側は外方に開放されて指先等の生体
１７が当接されるようになっている。

また、外部光補償用の受光素子８は、発光素子３および
受光素子７に生体１７を当接したとき、この生体１７で
覆われないようにして時計ケース本体１６に埋設され、
このようにした外部光補償用受光素子８の受光面側開口
にはフィルタ１５が取付けられている。

次に上記のように構成されたこの考案の脈波センサの作
用について説明する。

脈波検出に際しては、端子ＩＮにゲートパルスを供給し
てＭＯＳ）ランジスタ１３，１４をＯＮし、発光素子３
およびブリッジ回路１１を動作状態に保持し、かつ差動
増幅器１２をも動作状態に保持する。

かかる状態で、第４図に示すように生体１７、例えば指
先を発光素子３と受光素子７が覆われるようにして時計
ケース本体１６に接触させる。

これにより発光素子３からの光が指先に照射されると、
該光は生体組織および血流中のヘモグロビン等にり反射
、拡散され、この反射、拡散光は受光素子７に入射され
る。

このとき、受光素子７に入射される反射、拡散の光量は
心拍に伴う血流の増減により変化するため、この入射光
量の増減に応じて受光素子７の抵抗値も増減することに
なる。

一方、脈波検出用受光素子７には外部光１８が指先の生
体組織を透過して入射され、かつ外部光補償用受光素子
８にも生体と同等の透過率を持つフィルタ１５を通して
外部光１８が入射される。

ここで、脈波検出用受光素子７および外部光補償用受光
素子８は同一光導電特性ＣｄＳｅから構成されているた
め、外部光１２による画素子の抵抗値変化は等しく、か
つほぼ同一の抵抗値となる。

したがって、外部光変化によるブリッジ回路１１の出力
端子Ａ、 Ｈに現われる電圧は同一で、かつ同位相のも
のとなり、そしてこの状態で心拍に伴う血流の増減によ
り変化する生体からの反射、拡散光が受光素子７に入射
されれば、ブリッジ回路１１の出力端子Ａ、 Ｂ間には
生体からの反射、拡散光量に応じた電圧差が生じること
になる。

このようにしてブリッジ回路１１の出力端子Ａ、 Ｂに
現われる出力信号が差動増幅器１２に入力されると、外
部光によって生じる同一、同位相の電圧は互いにキャン
セルされ、その出力端子ＯＵＴには、第５図に示すよう
な心拍に応じた脈波信号Ｐのみが出力されることになる
。

この脈波信号Ｐはセンサの後段に接続した図示省略の波
形整形回路等を介してカウタにより計数され、時計の表
示部などにデジタル表示される。

なお、ブリッジ回路１１を構成する負荷抵抗９．１０に
可変抵抗器を用いても良いことは勿論である。

以上のようにこの考案によれば、脈波検出用受光素子と
、生体と同一の透過率を持つフィルタを通しての外部光
を受ける外部光補償用受光素子および負荷抵抗によるブ
リッジ回路を構成腰このブリッジ回路からの出力信号を
差動増幅器に入力することにより心拍に応じた脈波信号
を取出すようにしたものであるから、外部光照度の変化
に影響されることなく脈波信号を安定に検出することが
できるとともに、指先のような小面積および末梢血管の
入り組んだ部位からの脈波検出も容易に、かつ確実にな
し得る。

また、実施例のようにＭＯＳトランジスタ等からなる電
流制限回路を設ければ、脈波センサのローパワー化が可
能になるなどの利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来における光電式脈波センサの回路図、第２
図は同じ〈従来における光電式脈波センサの回路図、第
３図はこの考案にかかる光電式脈波センサの一例を示す
回路図、第４図はこの考案における受光素子、発光素子
等の実装例を示す断面図、第５図はこの考案の脈波セン
サにより検出される脈波波形図である。 １・・・・・・直流電源、３・・・・・・発光素子、７
・・・・・・脈波検出用受光素子、８・・・・・・外部
光補償用受光素子、９．１０・・・・・・負荷抵抗、１
１・・・・・・ブリッジ回路、１２・・・・・・差動増
幅器、１３．１４・・・・・・ＭＯＳトランジスタ、１
５・・・・・・フィルタ、１７・・・・・・生体。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 電源により点灯される発光素子、この発光素子から光を
   生体に照射することにより生じる生体からの反射又は拡
   散光を受ける脈波検出用受光素子および生体と同一の透
   過率を持つフィルタを通しての外部光を受ける外部光補
   償用受光素子と負荷抵抗により構成されたブリッジ回路
   、このブリッジ回路から得られた電圧差から心拍に応じ
   た脈波信号を取出す差動増幅器とからなる脈波センサ。