JPS61154639A - Cardiac pulse detection circuit - Google Patents

Cardiac pulse detection circuit

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JPS61154639A
JPS61154639A JP59274898A JP27489884A JPS61154639A JP S61154639 A JPS61154639 A JP S61154639A JP 59274898 A JP59274898 A JP 59274898A JP 27489884 A JP27489884 A JP 27489884A JP S61154639 A JPS61154639 A JP S61154639A
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light
pulse
receiving element
detection circuit
output
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慎一 大木
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Casio Computer Co Ltd
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  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、電子腕時計等の電子機器に用いられる光電式
の脈拍検出回路に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a photoelectric pulse detection circuit used in electronic devices such as electronic wristwatches.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

脈拍の検出には、心臓の鼓動による動脈の振動を検出す
る方法、鼓動による心音を検出する方法。
Pulse detection methods include detecting the vibrations in the arteries caused by the heartbeat, and methods that detect the heart sounds caused by the heartbeat.

血液の量の変化を検出する方法等が用いられている。特
に小型電子機器においては光学的手段を用いて車量変化
を検出し、これにより得られた光電脈波から脈拍数等を
測定する方法が有効である。
Methods such as detecting changes in blood volume are used. Particularly in the case of small electronic devices, it is effective to detect changes in vehicle volume using optical means and measure pulse rate and the like from the photoplethysmogram obtained thereby.

例えば、LED (ライトエミッティングダイオード)
等の発光素子とフォトトランジスタ等の受光素子とを設
け1発光素子の光を措に照射し、その反射光又は透過光
を受光素子に入射することにより、血液の脈拍に共なう
車量変化を受光量の変化として検出し、これにより得ら
れた光電脈波をフィルタ回路、増幅器、波形整形回路等
を介して脈拍に応じた信号に変換し脈拍に応じた信号に
変換し脈拍数を測定する。
For example, LED (light emitting diode)
A light emitting element such as a light emitting element and a light receiving element such as a phototransistor are provided, and the light from one light emitting element is irradiated onto the light receiving element, and the reflected light or transmitted light is incident on the light receiving element, thereby changing the vehicle volume in accordance with the pulse of the blood. is detected as a change in the amount of received light, and the photoplethysmogram obtained is converted into a signal corresponding to the pulse via a filter circuit, amplifier, waveform shaping circuit, etc., and the pulse rate is measured by converting it into a signal corresponding to the pulse. do.

従来、このような光電式の脈拍検出回路では。Conventionally, such photoelectric pulse detection circuits.

LED等の発光素子を脈拍検出中点灯し続けることは電
源の浪費となるため0発光素子をパルス駆動させる方法
(実開昭53−76697号公報参照)や受光素子によ
り、まず発光素子以外の外来光照度を判定し、外来光照
度が十分であるか否かにより発光素子の点灯、不点灯を
制御する方法(特開昭58−109030号公報参照)
等が考えられている。
Keeping a light-emitting element such as an LED lit while pulse detection is a waste of power, so a method of pulse-driving the light-emitting element (see Utility Model Application Publication No. 53-76697) or a light-receiving element can be used to first remove external light sources other than the light-emitting element. A method of determining light illuminance and controlling lighting or non-lighting of a light emitting element depending on whether the external light illuminance is sufficient (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 109030/1983)
etc. are being considered.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上述のような従来の脈拍検出回路においては。 In the conventional pulse detection circuit as described above.

ある程度電源の浪費を防止することが出来るが。Although it can prevent power consumption to some extent.

例えば電子腕時計に脈拍検出回路を設けて数年間1つの
電池で動作させるためには、さらに消費電力の低減を計
る必要がある。
For example, in order to provide an electronic wristwatch with a pulse detection circuit and operate it on one battery for several years, it is necessary to further reduce power consumption.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は上記事情に鑑み、さらに消費電力の少ない脈拍
検出回路を提供することを目的とするものである。
In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a pulse detection circuit that consumes even less power.

〔発明の要点〕[Key points of the invention]

本発明は上記目的を達成するために、受光素子と、該受
光素子に駆動電圧を供給する受光素子駆動手段と、該受
光素子駆動手段に所定周波数のパルス信号を与え前記受
光素子をパルス駆動させるように制御を行う制御手段と
を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention includes a light receiving element, a light receiving element driving means for supplying a driving voltage to the light receiving element, and a pulse signal of a predetermined frequency is applied to the light receiving element driving means to pulse drive the light receiving element. The invention is characterized in that it has a control means for performing control as follows.

上記手段によれば、素子側での消費電力の低減を効率良
く行うことが出来る作用を有する。
According to the above means, it is possible to efficiently reduce power consumption on the element side.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下9本発明の実施例について図面を参照しながら詳述
する。
Hereinafter, nine embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本実施例では1本発明の脈拍検出回路を電子腕時計内に
設け、電子腕時計の所定位置に指を載せて脈拍数を測定
するものである。
In this embodiment, the pulse rate detection circuit of the present invention is provided in an electronic wristwatch, and the pulse rate is measured by placing a finger on a predetermined position of the electronic wristwatch.

第2図は本発明に用いる電子腕時計の一部の外観を示す
図である。同図において9時計ケースIには時刻、曜日
、脈拍数等を表示する表示部2゜指を載置するための脈
拍検出センサ3及び図示しない時刻及び曜日の設定スイ
ッチ等が設けられている。脈拍検出センサ3には発光素
子であるLED4と、受光素子であるフォトトランジス
タ5と。
FIG. 2 is a diagram showing the external appearance of a part of the electronic wristwatch used in the present invention. In the figure, a watch case I is provided with a display section 2 for displaying the time, day of the week, pulse rate, etc., a pulse detection sensor 3 on which a finger is placed, and a switch for setting the time and day of the week (not shown). The pulse detection sensor 3 includes an LED 4 which is a light emitting element and a phototransistor 5 which is a light receiving element.

LED4及びフォトトランジスタ5の外側に配置された
金属電極5a、5bとが設けられている。
Metal electrodes 5a and 5b are provided outside the LED 4 and the phototransistor 5.

また表示部2は第3図に示すように液晶表示素子より成
り2日曜日から土曜日までの曜日又は脈拍を検出する時
に脈波の大きさを表示する表示素子7と時刻又は1分間
の脈拍数を表示する表示素子8とで構成されている。通
常表示素子8に時刻表示をする時は4桁全てを用い、脈
拍数を表示する時は4折中右側の3桁のみを用いる。
As shown in Fig. 3, the display section 2 consists of a liquid crystal display element 2, which displays the day of the week from Sunday to Saturday or the magnitude of the pulse wave when detecting the pulse, and the display element 7 which displays the time or the number of pulses per minute. It is composed of a display element 8 for displaying images. Normally, when displaying the time on the display element 8, all four digits are used, and when displaying the pulse rate, only the right three digits are used.

第1図は上述の電子腕時計内に設けられた本発明の脈拍
検出回路を含む電子腕時計の回路図である。同図におい
て9時刻、曜日等の時計機能の回路である分周回路、計
時回路及び各種タイミング信号を出力するタイミング信
号発生器等は、中央処理装置(以下CPUで示す)9内
に設けられ。
FIG. 1 is a circuit diagram of an electronic wristwatch including the pulse detection circuit of the present invention provided in the electronic wristwatch described above. In the figure, a frequency dividing circuit, a clock circuit, which is a circuit for clock functions such as the time and day of the week, a timing signal generator for outputting various timing signals, and the like are provided in a central processing unit (hereinafter referred to as CPU) 9.

通常の時刻表示には9図示せぬ水晶発振器の32.76
8 KHzの高周波信号を分周回路で1 h信号に分周
し、計時回路により時1分9秒等の時刻信号と曜日信号
に変換して表示用ドライバ10を介して表示部2に時刻
と曜日を表示する。
The normal time display is 9.32.76 times the crystal oscillator (not shown).
A frequency dividing circuit divides the 8 KHz high frequency signal into a 1 h signal, and a clock circuit converts it into a time signal such as 1 minute 9 seconds and a day of the week signal, and displays the time and time on the display unit 2 via the display driver 10. Display the day of the week.

一方、脈拍検出回路は、上述の脈拍検出センサ3、CP
U9.LED4の電流制御回路14.フォトトランジス
タ5の電流制御回路15で主に構成されている。金属電
極6a、(ibに指16をのせると、金属電極5a、5
bは導通し、金属電極6aが接地されているため、金属
電極6bに接続されている抵抗R+を介してロー信号(
接地電位)がインバータ17に入力する。インバータ1
7には通常抵抗R2に接続されている電圧(■。。)に
よりハイ信号が入力しているが、この入力信号によりイ
ンバータ17の出力信号はロー信号からハイ信号に反転
しハイ信号がCPU9に入力する。
On the other hand, the pulse detection circuit includes the pulse detection sensor 3 and CP described above.
U9. Current control circuit 14 for LED4. It mainly consists of a current control circuit 15 for a phototransistor 5. When the finger 16 is placed on the metal electrodes 6a, (ib), the metal electrodes 5a, 5
b is conductive and the metal electrode 6a is grounded, so a low signal (
ground potential) is input to the inverter 17. Inverter 1
A high signal is input to 7 by the voltage (■...) normally connected to the resistor R2, but this input signal inverts the output signal of the inverter 17 from a low signal to a high signal, and the high signal is sent to the CPU 9. input.

CPU9はこの入力信号によりトランスファーゲ−)T
I、T2に制御信号す、  d及び制御信号kを出力し
、トランスファーゲー)TI、T2をオンすると共に電
圧レギュレータ 18を動作させ、電圧レギュレータ1
8は電圧レギュレータ18の出力に接続さているオペア
ンプ(オペレーヨナブルアンプリファイア)11〜13
に駆動電圧を供給する。
The CPU 9 uses this input signal to perform the transfer game)T.
It outputs control signals (s, d) and control signals (k) to I, T2, turns on transfer gates (TI and T2), operates voltage regulator 18, and turns on voltage regulator 1.
8 is an operational amplifier (operational amplifier) 11 to 13 connected to the output of the voltage regulator 18.
Supply driving voltage to.

トランスファーゲートT+がオンしたことにより、フォ
トトランジスタ5のエミッタは電流制御回路15に接続
され、外来光19が存在し、指16を透過した光がフォ
トトランジスタ5に入力すると、フォトトランジスタ5
に受光量に従った電流が流れる。トランスファーゲート
T2を介してアナログディジタル(以下A/Dで示す)
コンバータ20の入力には電圧が印加され、この時A/
Dコンバータ20にも制御信号jがCPU9から入力し
ており、A/Dコンバータ20でこの電圧値がディジタ
ル信号に変換されてCPU9に出力される。CPU9で
は入力したディジタル信号とCPU9に予め記憶されて
いる脈拍検出に必要なデータとを比較し、このディジタ
ル信号が脈拍検出可能な値であると判断するとCPU9
からトランスファーゲートT3にパルス状の制御信号a
を出力し、トランスファーゲートT3をオン。
By turning on the transfer gate T+, the emitter of the phototransistor 5 is connected to the current control circuit 15, and when the external light 19 is present and the light transmitted through the finger 16 is input to the phototransistor 5, the emitter of the phototransistor 5 is connected to the current control circuit 15.
A current flows according to the amount of light received. Analog/digital (hereinafter referred to as A/D) via transfer gate T2
A voltage is applied to the input of the converter 20, and at this time A/
A control signal j is also input to the D converter 20 from the CPU 9, and this voltage value is converted into a digital signal by the A/D converter 20 and output to the CPU 9. The CPU 9 compares the input digital signal with data necessary for pulse detection stored in advance in the CPU 9, and if it determines that this digital signal has a value that allows pulse detection, the CPU 9
A pulse-like control signal a is sent from the transfer gate T3 to the transfer gate T3.
is output and transfer gate T3 is turned on.

オフする。Turn off.

フォトトランジスタ5のエミッタ電圧の変化はトランス
ファーゲートT3がオン、オフ駆動されることにより、
トランスファーゲートT3がオン時オペアンプ11.コ
ンデンサCI、C2,抵抗R3,R4で構成されるサン
プリングホールド回路21に入力される。
The emitter voltage of the phototransistor 5 changes as the transfer gate T3 is turned on and off.
Operational amplifier 11 when transfer gate T3 is on. The signal is input to a sampling and hold circuit 21 composed of capacitors CI and C2 and resistors R3 and R4.

サンプリングホールド回路21では第4図(a)に示す
パルス状の波形を同図−)に示す階段状の連続波形とし
てオペアンプ12.コンデンサC3゜C4,抵抗Ra、
Rsで構成されるローパスフィルタ22に入力する。ロ
ーパスフィルタ22では入力波形に含まれている高周波
のリップル分を除き同図(C)に示す波形として、オペ
アンプ13.コンデンサC5+Ca、抵抗R7,Reで
構成される交流増幅回路23に入力する。交流増幅回路
23では入力波形を増幅してシュミットトリガ−回路2
4に出力し、シュミットトリガ−回路24では同図(d
)に示す矩形パルス状の脈拍信号に変換しCPU9に出
力する。CPU9ではシュミットトリガー回路24から
入力した2パルス分の信号の各々の立ち上り間の周期(
Pt)を計時する。
The sampling and hold circuit 21 converts the pulse-like waveform shown in FIG. 4(a) into a step-like continuous waveform shown in FIG. Capacitor C3°C4, resistor Ra,
The signal is input to a low-pass filter 22 composed of Rs. The low-pass filter 22 removes the high-frequency ripple included in the input waveform and outputs the waveform as shown in FIG. The signal is input to an AC amplifier circuit 23 composed of a capacitor C5+Ca and resistors R7 and Re. The AC amplifier circuit 23 amplifies the input waveform and sends it to the Schmitt trigger circuit 2.
4, and the Schmitt trigger circuit 24 outputs the same figure (d
) is converted into a rectangular pulse-like pulse signal and output to the CPU 9. The CPU 9 calculates the period (
Pt).

CPU9はこの動作を脈拍信号の各パルスが到来するご
とに行い、過去3個分の周期データの平均値を算出して
、この平均値から1分間の脈拍数の換算(例えば(60
÷周期データの平均値)の演算)を行って、この演算結
果を表示用ドライバ10を介して表示部2に表示する。
The CPU 9 performs this operation every time each pulse of the pulse signal arrives, calculates the average value of the past three cycle data, and converts the pulse rate per minute from this average value (for example, (60
÷average value of period data)), and the result of this calculation is displayed on the display unit 2 via the display driver 10.

なお、上述した周期データの平均値の算出にあたっては
、新しい周期データが得れるごとに過去3個分の周期デ
ータとの比較を行い、新しい周期データが過去3個分の
周期データの範囲内にあるときは古いデータから順次ク
リアして平均値の算出を行っていき、範囲外にあるとき
は新しいデータをクリアして前回の脈拍数表示を継続す
る。
In addition, when calculating the average value of the periodic data mentioned above, each time new periodic data is obtained, it is compared with the past three periodic data, and the new periodic data is within the range of the past three periodic data. When this happens, the oldest data is cleared to calculate the average value, and when it is outside the range, new data is cleared and the previous pulse rate display continues.

一方、前述のA/Dコンバータ20からcpu9に入力
したディジタル信号が脈拍検出可能な値でないとCPU
9で判断した時は、CPU9からトランスファーゲート
T4に制御信号Cを出力し。
On the other hand, if the digital signal input from the A/D converter 20 to the CPU 9 does not have a value that allows pulse detection, the CPU
9, the CPU 9 outputs a control signal C to the transfer gate T4.

トランスファーゲートTaを駆動する。トランスファー
ゲー)Taがオンされるとトランジスタ25が制御信号
aによりオン、オフされ、トランジスタ25のコレクタ
に接続されているLED4及びエミッタに接続されてい
る電流制御回路14に電流が流れ、LED4は発光する
。このLED4の光は指16で反射され、その反射光は
前述のフォトトランジスタ5に照射される。この時すで
にトランスファーゲートT3はオン・オフ駆動状態であ
るので、前述に説明した外来光が存在する時と同様に、
フォトトランジスタ5に流れた受光量の変化を示す電流
はトランスファーゲー)T3を介して、サンプリングホ
ールド回路21に入力し、さらにフィルタ回路22.交
流増幅回路23゜シュミットトリガ−回路24を介して
CPU9に入力し、CPU9の演算結果である1分間の
脈拍数が表示部2に表示される。
Transfer gate Ta is driven. Transfer game) When Ta is turned on, the transistor 25 is turned on and off by the control signal a, current flows through the LED 4 connected to the collector of the transistor 25 and the current control circuit 14 connected to the emitter, and the LED 4 emits light. do. The light from this LED 4 is reflected by the finger 16, and the reflected light is irradiated onto the phototransistor 5 described above. At this time, the transfer gate T3 is already in the on/off driving state, so as in the case where external light is present as described above,
The current flowing through the phototransistor 5, which indicates the change in the amount of received light, is input to the sampling and holding circuit 21 via the transfer gate T3, and is further input to the filter circuit 22. The pulse rate per minute is inputted to the CPU 9 via the AC amplifier circuit 23 and the Schmitt trigger circuit 24, and the pulse rate per minute, which is the calculation result of the CPU 9, is displayed on the display section 2.

また、CPU9からの制御信号dはインバータ26を介
してトランスファーゲートTsに入力されており、この
制御信号dがロー信号となると交流増幅回路23の波形
出力は、トランスファーゲートT5を介してA/Dコン
バータ20に入力し。
Further, the control signal d from the CPU 9 is input to the transfer gate Ts via the inverter 26, and when the control signal d becomes a low signal, the waveform output of the AC amplifier circuit 23 is transferred to the A/D converter via the transfer gate T5. Input to converter 20.

波形出力がディジタル出力に変換されてCPU9に入力
し2表示部2の表示素子7を用いて脈波の大きさを表示
する。
The waveform output is converted into a digital output and input to the CPU 9, and the display element 7 of the second display unit 2 is used to display the magnitude of the pulse wave.

また、電流制御回路14は第5図に示すように。Further, the current control circuit 14 is as shown in FIG.

トランスファーゲートT6と抵抗R9,トランスファー
ゲートT7と抵抗R+o、)ランスファーゲートTI+
と抵抗R++の3つの直列回路で構成され、電流制御回
路15は第6図(b)に示すように。
transfer gate T6 and resistor R9, transfer gate T7 and resistor R+o,) transfer gate TI+
The current control circuit 15 is composed of three series circuits including a resistor R++ and a resistor R++, as shown in FIG. 6(b).

トランスファーゲー)T9と抵抗R+ 2.トランスフ
ァーゲートT1oと抵抗R13の2つの直列回路で構成
されている。各々トランスファーゲートTa〜Tooの
駆動はCPU9の制御信号e〜iにより行われる。
Transfer game) T9 and resistance R+ 2. It is composed of two series circuits: a transfer gate T1o and a resistor R13. Transfer gates Ta to Too are driven by control signals e to i of the CPU 9, respectively.

以上のような外観及び回路構成を有する電子腕時計にお
いて、特に脈拍数を検出する動作を第7図のフローチャ
ート及び表を用いて以下で説明する。
In the electronic wristwatch having the external appearance and circuit configuration as described above, the operation of detecting the pulse rate will be explained below with reference to the flowchart and table shown in FIG.

指16を金属電極6a、6bにのせると、前述したよう
に、CPU9にインバータ17を介してハイ信号が入力
し、CPU9は各制御信号a −y kをローレベルと
する初期設定をした後、制御信号す、d、h、j、kを
ハイレベルにする(ステップ1)。これにより、電圧レ
ギュレータ18からオペアンプ11〜13に駆動電圧が
供給され、トランスファゲートT+及びTooがオンさ
れてフォトトランジスタ5が動作状態とされ、トランス
ファゲートT2がオンされることによりA/Dコンバー
タ20にフォトトランジスタ5で受光した受光量に応じ
て電圧値が出力される。
When the finger 16 is placed on the metal electrodes 6a, 6b, a high signal is input to the CPU 9 via the inverter 17, as described above, and the CPU 9 initializes each control signal a to y k to a low level. , control signals S, d, h, j, and k are set to high level (step 1). As a result, drive voltage is supplied from the voltage regulator 18 to the operational amplifiers 11 to 13, transfer gates T+ and Too are turned on, the phototransistor 5 is put into operation, and the transfer gate T2 is turned on, so that the A/D converter 20 A voltage value is output according to the amount of light received by the phototransistor 5.

A/Dコンバータ20ではこの電圧値を以下の表に示す
ように、5ビツトのディジタルデータ(電圧値が最大の
とき″ 11111” 、最小のとき”  ooooo
”)に変換し、CPU9に出力する。
The A/D converter 20 converts this voltage value into 5-bit digital data ("11111" when the voltage is maximum, "oooooo" when it is minimum) as shown in the table below.
”) and output to the CPU 9.

(表) ! 次にステップ2に進み入力データの判定を行い。(table) ! Next, the process advances to step 2 and the input data is judged.

CPU9では表に示すように、入力した5ビツトのデー
タが“ ooooo”の時外来光がないと判断しステッ
プ3の処理に移り、制御信号Cをハイレベルにしてトラ
ンスファーゲートT4をオンさせ制御信号aに同期して
LED4を点灯し、さらに制WI信号gをハイレベルに
して抵抗R9(lkΩ)を選択し、LED4に流れる電
流を制御し、  LED4の発光光量を最大にする。ま
たフォトトランジスタ5側においても、制御信号りをハ
イレベルにしてフォトトランジスタ5の負荷抵抗として
R+3 (50にΩ)を選択し、フォトトランジスタ5
からサンプリングホールド回路21に入力する電圧波形
の振幅を大きくすると共に、300μsecのパルス幅
を有する制御信号aのタイミングでフォトトランジスタ
5が受光した電圧波形をサンプリングホールド回路21
に出力し、360μsecのパルス幅を有する制御信号
すでフォトトランジスタ5をオン・オフ駆動する。この
時制御信号a、bのタイミングは第8図のタイムチャー
トに示す如く128Hzの周波数で制御信号すを制御信
号aより60μsec早く駆動し、LED4からの光が
フォトトランジスタ5に入力する時にはフォトトランジ
スタ5は安定状態となっている。従って同図に波形!で
示すように安定したフォトトランジスタ5の出力波形が
得られる。更に、制御信号dをローレベルにしてA/D
コンバータ20に入力する受光レベル検出用の電圧を遮
断し交流増幅回路23の出力を入力するように切換える
As shown in the table, when the input 5-bit data is "oooooo", the CPU 9 determines that there is no external light, moves to step 3, sets the control signal C to high level, turns on the transfer gate T4, and outputs the control signal. The LED 4 is turned on in synchronization with the signal a, and the control WI signal g is set to high level to select the resistor R9 (lkΩ), and the current flowing through the LED 4 is controlled to maximize the amount of light emitted from the LED 4. Also, on the phototransistor 5 side, the control signal is set to high level and R+3 (50Ω) is selected as the load resistance of the phototransistor 5.
The voltage waveform received by the phototransistor 5 at the timing of the control signal a having a pulse width of 300 μsec is increased to the sampling and hold circuit 21.
A control signal having a pulse width of 360 μsec drives the phototransistor 5 on and off. At this time, the timing of the control signals a and b is as shown in the time chart of FIG. 8. The control signal A is driven at a frequency of 128 Hz 60 μsec earlier than the control signal a, and when the light from the LED 4 is input to the phototransistor 5, the phototransistor 5 is in a stable state. Therefore, the waveform is shown in the same figure! A stable output waveform of the phototransistor 5 is obtained as shown in FIG. Furthermore, the control signal d is set to low level and the A/D
The voltage for detecting the level of received light input to the converter 20 is cut off, and the output of the AC amplifier circuit 23 is switched to input.

次に、CPU9に入力した5ビツトデータが“ 000
10”、“ 00001″の時、外来光は存在している
が受光量が不足していると判断してステップ4の処理を
行う。上述と同様に制御信号CをハイレベルにしてLE
D4を制御信号aに同期して点灯し、さらに、制御信号
fをハイレベルにして抵抗R+o(10にΩ)を選択し
LED4の発光光量を上述の外来光が存在しない時より
小さくする。
Next, the 5-bit data input to the CPU 9 is “000”.
10" and "00001", it is determined that the external light is present but the amount of received light is insufficient, and the process of step 4 is performed.Similarly to the above, the control signal C is set to high level and the LE
D4 is turned on in synchronization with the control signal a, and the control signal f is set to high level to select the resistor R+o (10Ω) to make the amount of light emitted by the LED 4 smaller than when the above-mentioned external light is not present.

また、フォトトランジスタ5側においても外来光が存在
しない場合と同様に制御信号りをハイレベルにしてフォ
トトランジスタ5の負荷抵抗を抵抗R+ 3 (50に
Ω)に設定し、フォトトランジスタ5からサンプリング
ホールド回路21に入力する電圧波形の振幅を大きくす
ると共に、150μsecのパル・ス幅を有する制御信
号aのタイミングで電圧波形信号をサンプリングホール
ド回路2Iに出力し1210/J secのパルス幅を
有する制御信号すでフォトトランジスタをオン・オフ駆
動する。このとき、制御信号a、bのタイミングは第9
図に示す如<  128Hzの周波数で制御信号すを制
御信号aより60μsec早(駆動し、フォトトランジ
スタ5が上述と同様安定した状態となってからLED4
を点灯する。従ってフォトトランジスタ5の出力は波形
mに示すような安定した出力波形となる。更に制御信号
dをローレベルにしてA/Dコンバータ20に入力する
受光レベル検出用の電圧を遮断し交流幅回路23の出力
を入力するように切換える。
Also, on the phototransistor 5 side, as in the case where no external light exists, the control signal is set to high level, the load resistance of the phototransistor 5 is set to the resistance R + 3 (50Ω), and the sampling and holding from the phototransistor 5 is performed. The amplitude of the voltage waveform input to the circuit 21 is increased, and a voltage waveform signal is outputted to the sampling and hold circuit 2I at the timing of the control signal a having a pulse width of 150 μsec, thereby generating a control signal having a pulse width of 1210/J sec. The phototransistor is already turned on and off. At this time, the timing of control signals a and b is the ninth
As shown in the figure, the control signal A is driven 60 μsec earlier than the control signal A at a frequency of <128 Hz, and after the phototransistor 5 is in a stable state as described above, the LED 4 is
lights up. Therefore, the output of the phototransistor 5 has a stable output waveform as shown in waveform m. Further, the control signal d is set to low level, the voltage for detecting the level of received light input to the A/D converter 20 is cut off, and the output of the AC width circuit 23 is switched to input.

次に5ビツトデータが“ 00011”の時、外来光は
存在しているが受光量が幾分不足していると判断し、ス
テップ5の処理を行う。上述と同様に制御信号Cをハイ
レベルにしてLED4を制御信号aに同期して点灯し、
さらに、制御信号eをハイレベルにしてLED4の負荷
抵抗として抵抗R++(100にΩ)を選択しLED4
の発光光量を最小にする。またフォトトランジスタ5側
は、上述のステップ4の場合と同様に制御し、制御信号
りをハイレベルとし、各々 150μsec、210μ
secのパルス幅を有する制御信号のa、bをトランス
ファーゲートT 3 、 T +に与え、サンプリング
ホールド回路21に入力する電圧波形の振幅を大きくす
ると共にフォトトランジスタ5を安定な状態としてLE
D4を点灯する。さらに制御信号dをローレベルにして
A/Dコンバータ20に入力する受光レベル検出用電圧
を遮断する。
Next, when the 5-bit data is "00011", it is determined that although external light is present, the amount of received light is somewhat insufficient, and the process of step 5 is performed. Similarly to the above, the control signal C is set to high level, and the LED 4 is turned on in synchronization with the control signal a.
Furthermore, the control signal e is set to high level and resistor R++ (100Ω) is selected as the load resistance of LED4.
Minimize the amount of light emitted by the In addition, the phototransistor 5 side is controlled in the same manner as in step 4 above, and the control signal is set to high level, and the control signal is set to high level for 150 μsec and 210 μsec, respectively.
Control signals a and b having a pulse width of sec are applied to the transfer gates T 3 and T + to increase the amplitude of the voltage waveform input to the sampling and hold circuit 21 and to keep the phototransistor 5 in a stable state.
Turn on D4. Further, the control signal d is set to a low level to cut off the light reception level detection voltage input to the A/D converter 20.

次に5ビツトデータが“ 00100”〜“ 1111
0″の時、外来光は存在し、しかも受光量も充分である
のでステップと6により処理され、制御信号Cはローレ
ベルのままとしてLED4を非点灯とし。
Next, the 5-bit data is "00100" to "1111"
0'', the external light is present and the amount of light received is sufficient, so it is processed in steps and 6, and the control signal C remains at a low level and the LED 4 is turned off.

フォトトランジスタ5側を制御する。フォトトランジス
タ5例の制御はLED4が非点灯の為フォトトランジス
タ5で受光した外来光19の光量を充分使用し、上述の
ステップ4の場合と同様の処理を行う。即ち、制御信号
りをハイレベルとし。
Controls the phototransistor 5 side. The control of the phototransistor 5 uses the sufficient amount of external light 19 received by the phototransistor 5 since the LED 4 is not lit, and performs the same process as in step 4 above. That is, the control signal is set to high level.

制御信号a、bとして各々 150μsec、 210
μsecのパルス幅を有する信号をトランスファーゲー
トT 3 、 T +に与え、更に上述と同様制御信号
d゛をローレベルにしてステップ6の処理を終了する。
Control signals a and b each 150 μsec, 210
A signal having a pulse width of μsec is applied to the transfer gates T 3 and T +, and the control signal d′ is set to a low level as described above to complete the process of step 6.

また°、5ビットデータが“ 11111″の時は外来
光が存在し、しかもその光量が充分大きい場合でありス
テップ7により処理される。この時も同様1に制御信号
CはローレベルのままとしてLED4を非点灯とし、ま
た制御信号iをハイレベルとしてフォトトランジスタ5
例の負荷抵抗R12(5にΩ)を選択し、フォトトラン
ジスタ5を流れる電流を最大として、サンプリングホー
ルド回路21に電圧波形を入力する。また、制御信号a
Further, when the 5-bit data is "11111", it means that extraneous light is present and the amount of light is sufficiently large, and is processed in step 7. At this time as well, the control signal C remains at a low level to turn off the LED 4, and the control signal i is set to a high level to turn off the phototransistor 5.
The example load resistor R12 (5Ω) is selected, the current flowing through the phototransistor 5 is set as the maximum, and a voltage waveform is input to the sampling and holding circuit 21. In addition, the control signal a
.

bはステップ6と同様に設定し、さらに、上述と同様制
御信号dをローレベルにしてステップ7の処理を終了す
る。
b is set in the same manner as in step 6, and the control signal d is set to low level in the same manner as described above to complete the process in step 7.

以上のステップ3〜ステツプ7のいずれか1つの処理を
行われた後、ステップ8に進み、シュミットトリガ−回
路23から入力した第4図(d)に示す矩形パルス状の
脈拍信号により表示部2の表示素子8に1分間当りの脈
拍数を表示し9表示素子7に脈波レベルを表示する。こ
の脈拍数及び脈拍レベルの表示は、ステップ9として指
16を脈拍検出センサ3から離したことが検出されるま
で継続して行われ、指16を離すと、CPU9の制御に
より制御信号a w kがローレベルとなり(ステップ
10)、脈拍検出処理を終了する。
After any one of the above steps 3 to 7 has been carried out, the process proceeds to step 8, in which the rectangular pulse signal shown in FIG. Display element 8 displays the pulse rate per minute, and display element 9 displays the pulse wave level. This display of the pulse rate and pulse level continues until it is detected in step 9 that the finger 16 is removed from the pulse detection sensor 3. When the finger 16 is removed, the control signal aw k is output under the control of the CPU 9. becomes low level (step 10), and the pulse detection process ends.

本実施例は以上の動作説明に示す様に、脈拍数を検出す
る際、指16を流れる車量の変化をLED4.外来光1
9の反射光又は透過光の光量変化としてフォトトランジ
スタ5で検出し、A/Dコンバーク20で5ビツトのデ
ィジクル信号に変換してCPU9に入力することにより
、cpu9ではLED4及びフォトトランジスタ5の駆
動パルスのデユーティを制御すると共にトランスファー
ゲートT1〜Tooのオン・オフ駆動を制御し脈拍数検
出の際の消費電流の低下を計るものである。
As shown in the above operation description, in this embodiment, when detecting the pulse rate, changes in the amount of traffic flowing through the finger 16 are detected by the LED 4. External light 1
The phototransistor 5 detects a change in the amount of reflected light or transmitted light of 9, converts it into a 5-bit digital signal by the A/D converter 20, and inputs it to the CPU 9. In addition to controlling the duty of the transfer gates T1 to Too, the on/off drive of the transfer gates T1 to Too is controlled to reduce the current consumption during pulse rate detection.

すなわち、LED4を外来光19の強弱により点灯、非
点灯を制御すると共に点灯時間を制御することによりL
ED4に流れる消費電流の浪費を防止し、電流制御回路
14の抵抗R9〜R++を選択することにより脈拍検出
に必要な最小の電流値でLED4を駆動し、さらにフォ
トトランジスタ5の受光量に従ってフォトトランジスタ
5を制御信号すのパルス幅のデユーティを変えることに
よリフォトトランジスタ5の駆動時間を制御し、オペア
ンプ11〜13への入力信号も制御信号aにゲート制御
して低消費電力で効率良く脈拍数を検出するものである
That is, by controlling the lighting and non-lighting of the LED 4 depending on the intensity of the external light 19, and controlling the lighting time, the L
To prevent waste of the current consumption flowing through the ED4, by selecting the resistors R9 to R++ of the current control circuit 14, the LED4 is driven with the minimum current value necessary for pulse detection, and furthermore, the phototransistor 5 is driven according to the amount of light received by the phototransistor 5. The drive time of the rephoto transistor 5 is controlled by changing the duty of the pulse width of the control signal 5, and the input signals to the operational amplifiers 11 to 13 are also gate-controlled to the control signal a to efficiently control the pulse rate with low power consumption. It detects numbers.

本発明の実施例は以上の電子腕時計に用いたものに限る
わけではなく発光素子と受光素子を有する他の脈拍針打
電子機器に用いることが出来ることは勿論である。また
A/Dコンバータ20で出力されるディジタルデータは
5ビツトに限らず他のビット数を用いても良(、更にフ
ォトトランジスタ5の直接出力ではなく、交流増幅回路
23の出力をA/Dコンバータ20に入力させて、駆動
条件を決定するようにしても良い。
It goes without saying that the embodiments of the present invention are not limited to those used in the above-described electronic wristwatch, but can be used in other pulse-beating electronic devices having a light-emitting element and a light-receiving element. Furthermore, the digital data output by the A/D converter 20 is not limited to 5 bits, but may use other bit numbers (furthermore, instead of the direct output of the phototransistor 5, the output of the AC amplifier circuit 23 is used as the output of the A/D converter). 20 to determine the driving conditions.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上詳細に説明したように本発明によれば、脈拍検出の
際少ない消費電力で脈拍数を検出することが出来るもの
であり、特に受光素子側の駆動の低消費電力化を計るこ
とが出来る。
As described in detail above, according to the present invention, the pulse rate can be detected with less power consumption during pulse detection, and in particular, it is possible to reduce the power consumption of driving the light receiving element side.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は2本発明の脈拍検出回路を含む電子腕時計の回
路図、第2図は電子腕時計の一部の外観構成図、第3図
は電子腕時計の表示部の構成図、第4図は電圧波形図、
第5図は電流制御回路14の構成図、第6図は電流制御
回路15の構成図、第7図はフローチャート図、第8図
及び第9図は制御信号a、bの波形図である。 2・・・表示部、    3・・・脈拍検出センサ、 
   4・・・LED、     5・・・フォトトラ
ンジスタ、     6a、6b・・・金属電極、  
 9・・・CPU、    14.15・・・電流制御
回路、    16・・・指。 19・・・外来光、    20・・・A/Dコンバー
タ、    21・・・サンプリングホールド回路、 
   22・・・フィルタ回路。 23・・・交流増幅回路、    24・・・シュミッ
トトリガ−回路、     T+〜T5・・・トランス
ファーゲート。 特許 出願人   カシオ計算機株式会社代理人弁理士
   大  菅  義  之第2図 第3図 第′4図
Fig. 1 is a circuit diagram of an electronic wristwatch including the pulse detection circuit of the present invention, Fig. 2 is an external configuration diagram of a part of the electronic wristwatch, Fig. 3 is a diagram of the configuration of the display section of the electronic wristwatch, and Fig. 4 is a diagram of the electronic wristwatch. Voltage waveform diagram,
FIG. 5 is a block diagram of the current control circuit 14, FIG. 6 is a block diagram of the current control circuit 15, FIG. 7 is a flowchart, and FIGS. 8 and 9 are waveform diagrams of control signals a and b. 2...Display unit, 3...Pulse detection sensor,
4...LED, 5...Phototransistor, 6a, 6b...Metal electrode,
9...CPU, 14.15...Current control circuit, 16...Finger. 19... External light, 20... A/D converter, 21... Sampling hold circuit,
22...filter circuit. 23...AC amplifier circuit, 24...Schmitt trigger circuit, T+~T5...transfer gate. Patent Applicant Casio Computer Co., Ltd. Representative Patent Attorney Yoshiyuki Osuga Figure 2 Figure 3 Figure '4

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)光電式の脈拍検出回路において、受光素子と、該
受光素子に駆動電圧を供給する受光素子駆動手段と、該
受光素子駆動手段に所定周波数のパルス信号を与え前記
受光素子をパルス駆動させるように制御を行う制御手段
とを有することを特徴とする脈拍検出回路。
(1) In a photoelectric pulse detection circuit, a light receiving element, a light receiving element driving means for supplying a driving voltage to the light receiving element, and a pulse signal of a predetermined frequency are applied to the light receiving element driving means to pulse drive the light receiving element. What is claimed is: 1. A pulse detection circuit comprising a control means for controlling the pulse rate as follows.
(2)前記制御手段は前記受光素子の出力に応じて前記
受光素子駆動手段に与えるパルス信号の波形を変化させ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の脈拍検
出回路。
(2) The pulse detection circuit according to claim 1, wherein the control means changes the waveform of a pulse signal applied to the light receiving element driving means in accordance with the output of the light receiving element.
(3)前記制御手段は前記受光素子の出力に応じて前記
受光素子駆動手段に与えるパルス信号のパルス幅を制御
することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の脈拍
検出回路。
(3) The pulse detection circuit according to claim 1, wherein the control means controls the pulse width of the pulse signal applied to the light receiving element driving means in accordance with the output of the light receiving element.
(4)前記制御手段は前記受光素子の出力が大きいとき
に前記パルス幅を短くし、出力が小さいときに前記パル
ス幅を長くするように制御を行うことを特徴とする特許
請求の範囲第3項記載の脈拍検出回路。
(4) The control means performs control such that the pulse width is shortened when the output of the light receiving element is large, and the pulse width is lengthened when the output is small. Pulse detection circuit described in Section 2.
(5)前記制御手段は前記受光素子をパルス駆動させる
パルス信号に同期して前記受光素子の出力をゲート制御
することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の脈拍
検出回路。
(5) The pulse detection circuit according to claim 1, wherein the control means gate-controls the output of the light receiving element in synchronization with a pulse signal for pulse-driving the light receiving element.
(6)前記受光素子は発光素子からの光を人体の一部を
介して受光するもので、前記制御手段は前記受光素子の
出力に応じて前記発光素子をパルス駆動するためのパル
ス信号の波形を変化させることを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載の脈拍検出回路。
(6) The light-receiving element receives light from the light-emitting element through a part of the human body, and the control means generates a waveform of a pulse signal for pulse-driving the light-emitting element in accordance with the output of the light-receiving element. 2. The pulse detection circuit according to claim 1, wherein the pulse detection circuit changes the pulse rate.
(7)前記受光素子は発光素子からの光を人体の一部を
介して受光するもので、前記制御手段は前記受光素子の
出力に応じて前記発光素子をパルス駆動するためのパル
ス信号のパルス幅を制御することを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載の脈拍検出回路。
(7) The light-receiving element receives light from the light-emitting element through a part of the human body, and the control means pulses a pulse signal for driving the light-emitting element in accordance with the output of the light-receiving element. 2. The pulse detection circuit according to claim 1, wherein the pulse detection circuit controls the width.
(8)前記受光素子は発光素子からの光を人体の一部を
介して受光するもので、前記制御手段は前記受光素子の
出力に応じて前記発光素子をパルス駆動するためのパル
ス信号のパルス幅を制御し、前記受光素子駆動用のパル
ス信号は前記発光素子駆動用のパルス信号と同じ周波数
であり且つパルス幅が広く前記発光素子駆動用のパルス
信号より早く出力されることを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の脈拍検出回路。
(8) The light-receiving element receives light from the light-emitting element through a part of the human body, and the control means pulses a pulse signal for driving the light-emitting element in pulses according to the output of the light-receiving element. The pulse signal for driving the light receiving element has the same frequency as the pulse signal for driving the light emitting element, has a wider pulse width, and is output earlier than the pulse signal for driving the light emitting element. A pulse detection circuit according to claim 1.
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