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JP3985956B2 - 脈拍計 - Google Patents

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JP3985956B2
JP3985956B2 JP2002265184A JP2002265184A JP3985956B2 JP 3985956 B2 JP3985956 B2 JP 3985956B2 JP 2002265184 A JP2002265184 A JP 2002265184A JP 2002265184 A JP2002265184 A JP 2002265184A JP 3985956 B2 JP3985956 B2 JP 3985956B2
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Description

【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、腕時計型脈拍計の脈拍カウント装置に関し、特に人間が安静時の脈拍をカウントする腕時計及び、その他の部位に装着した脈拍計に関する。
【0002】
【従来の技術】
現状の腕時計型脈拍計は、多くの型式のものが世に出回っている。大半の脈拍計はLEDとフォトダイオードの光センサー方式によるものであり、LEDを点灯させ指先を透過及び反射させて、指先を透過及び反射したLEDの光量を受けるフォトダイオードの受光電流を電圧に変換し、その電圧の振幅で、脈拍数をカウントをする。
【特許文献1】
特開2001−149326号
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記方式は、人間が時計に接続しているセンサーを指先に装着、または時計に内蔵されているセンサーに指先を当てる等の動作をして、意識的に測定をしなければならない。またこの方式はLEDを点灯させなければならないので消費電流が高く、いずれはLEDが劣化して測定ができなくなる。
【0004】
本発明は、上述のような従来の欠点を解消しようとするもので、その目的は、腕時計と腕の間に空気を密閉させたウレタンまたはゴム状のパットを挟み、人間の微弱な脈拍振動をパット内部の空気振動に変換し、圧電素子により空気振動を電気信号に変換し、脈拍数をカウントしようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上述の如き発明の目的を達成するため、本願の請求項1に記載の発明は、人体に密接させて人間の脈拍数をカウントする可搬型の脈拍計において、
人体の脈拍微振動を検知できる位置に密着し、該微振動を検知するエアーパットと、
前記エアーパッド内の空気と連通し、エアーパットの空気振動を電氣信号に変換する微圧センサー手段と、
微圧センサー手段が検知した人体微振動信号から人体の脈拍による微振動を選択する第1のフィルターと、
第1のフィルターにより選択された振動波形の波高値の絶対値を経時的に並べる手段と、
第1のフィルターにより選択された振動波形の波高値の絶対値を経時的に並べたパターン形状から1脈拍に1個の三角波を形成する第2のフィルターと、
第2のフィルターの出力波形数を計数する手段と、
前記計数する手段により計数された数値を脈拍数として表示する表示手段と、
を具備してなる脈拍計を提供する。
本願の請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明に加えて、前記エアーパッドは、内部の空気容量を維持するためのバイアス手段をその内部に有することを特徴とする脈拍計を提供する。
【0006】
【発明の実施の形態】
次に本発明の一実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。
図1は、本発明を、腕時計型脈拍計に適した実施の形態を示す平面図である。図1において、腕時計型脈拍計1の両端には時計バンド2、3が結合されており、これら腕バンド2、3により腕時計型脈拍計1は腕4に巻き付けられている。
【0007】
図2は、腕時計型脈拍計1の横側からの内部を示す断面図である。
腕時計型脈拍計1はケース5の表面に、表示窓となる透明ガラス6が嵌め込まれている。ケース5の裏側には中蓋7が取り付けられ、その下側に裏蓋8が取り付けられている。透明ガラスの下側には、脈拍計の心臓部である脈拍カウンター9を始め、周知である時計の時計装置10が設けられ、これらと透明ガラス6との間には、時間を示すと共に、脈拍数を表示する液晶表示板11が設けられている。図3は液晶表示板11の正面図である。液晶表示板11には時間表示部12と脈拍数表示部13が設けられている。中蓋7と裏蓋8の間には、人間の腕から伝わる微振動を検知するエアーをウレタンシートまたはゴムシートなどで密閉したエアーパット14が設置していて、その上側には、エアーパット14の内部エアーの振動を電気信号に変換する微圧センサー15が中蓋7に嵌め込まれている。エアーパット14と微圧センサー15は一体型である。エアーパット14の下側にはエアーパット14の表面を保護するカバー16があり、腕4と密着した時にカバー16は上下に可動する。
【0008】
図4は、エアーパット14と微圧センサー15の断面図である。
図4において、エアーパット14には微圧センサー15が嵌め込まれていて、一体型になっており、エアーパット14の内部と微圧センサー15のケース18の内側のセンサー内室19と繋がっていて密閉状態になっている。これらの密閉部とセンサー外室20は圧電素子21によって仕切られている。腕時計型脈拍計1を腕4に装着するとカバー16に腕が密着し、エアーパット14を押し付ける状態になり、エアーパット14内部と微圧センサー15の内室19の密閉部内のエアーに圧力が加わり、密閉部内のエアーはわずかな腕の微振動に対しても空気振動を発生する状態になる。その時に腕4から発せられる脈拍振動は密閉部内の空気に伝わり、脈拍振動の空気振動が発生する。空気振動は密閉部から微圧センサー15の圧電素子21に伝わり、圧電素子21は空気振動を電気信号に変換し、基板22に電気信号を出力する。また、エアーパット14に微圧センサー15を嵌め込む時に、エアーパット14が潰れた状態で密閉されると、内部のエアーが十分に確保できず、空気振動が鈍くなる為、密閉時に内部体積を確保し、十分なエアーを確保する為、スプリング17を内蔵する。
【0009】
図5は、本発明に係わる脈拍カウンター9の回路を示すブロック図である。
脈拍カウンター9は、圧電素子21からの振動波形を処理して人間の脈拍数を算出する回路である。図5において、圧電素子21が検出した脈拍波形は高インピーダンスである。高出力インピーダンスの脈拍波形は、基板22を介して、脈拍カウンター9に入力され、インピーダンス変換器23にて高インピーダンスから低インピーダンスに変換して次段の回路に出力される。
【0010】
24はフィルターであり、脈拍振幅の3.0Hz〜5.0Hzの周波数帯域を通過させ、その他のノイズ周波数帯を除去する。25はフィルター24から出力された脈拍振幅を増幅する増幅器である。26は絶対値変換器であり、増幅器25から出力された脈拍振幅波形は0Vを中心に+電圧と−電圧に振幅する為、絶対値変換器26により、+電圧側のみに振幅するようにする。フィルター27は0.5Hz〜1.5Hzの周波数帯域を通過させる。そのことにより、脈拍1拍に対して三角波のような1山の波形が出力される。この三角波をパルス変換器28により方形波に変換させることにより、脈拍1拍に対して1方形波の脈拍数カウントパルスが出力される。
【0011】
次に、人間の脈拍のカウントする仕組みの詳細について説明する。
人間の血液は、心臓の拍動によって、全身の血管に送り出される。その血液が血管に送り出される際、血液循環の微振動が発せられる。このような心臓の拍動によるより発せられる微振動を腕から検知して脈拍数をカウントする。
【0012】
図6において、人間の腕4に腕時計型脈拍計1を装着した状態で安静時に、心臓の拍動によって血液が血管に送り出された時、腕4から発せられる微振動により、腕時計型脈拍計1に内蔵してあるエアーパット14内部のエアーが空気振動を起こし、圧電素子21に伝わる。振動を受けた圧電素子21は空気振動を高インピーダンスの電気信号に変換して、基板22を介して、インピーダンス変換器23に入力され、低インピーダンスに変換される。変換後、フィルター24で3.0Hz〜5.0Hz以外の雑音成分が取り除かれ、増幅器25で増幅される。この増幅器25から出力される信号を図6に示す。本発明において、心臓の拍動により、血液が血管に送り出される時、図6に示すような、最初は波高値が小さく、次いで波高値が最大となり、順次減衰して行く、3.0Hz〜5.0Hzの振幅波形が繰り返し出力される。
【0013】
図6の振幅波形の波高値の大きさは、個人によって異なってくる。これを調整するのが増幅器25であり、増幅器25の増幅度を調整することにより、これらすべての脈拍振幅の波高値の大きさを一定にすることができる。
【0014】
増幅器25の脈拍波形は0V中心に+電圧側と−電圧側に振幅する為、1脈拍−1脈拍間の区別をするのが困難である。1脈拍−1脈拍間の区別をしやすくする為、絶対値変換器26により、増幅器25の脈拍振幅を図7に示すように振幅波形の−電圧側の振幅波形を+電圧側に変換させる。
【0015】
絶対値変換器26により、+電圧側に変換された振幅波形は、1脈拍を1ヶの波形にする為、フィルター27により0.5Hz〜1.5Hz以外の周波数帯域を取り除き、図8に示すような三角波に変換する。
【0016】
三角波はパルス変換28に入力され、図9に示す方形波に変換される。つまり心臓の1拍動による血液循環(1脈拍)が起こると脈拍カウンタ9から1方形波が出力される。
【0017】
以上の空気振動−電気信号変換方式により、一般の腕時計のようなケースの中にエアーパット14、微圧センサー15、脈拍数カウンター9を内臓するだけで、腕からケースの底蓋に伝わる人間の脈拍を取り出して、脈拍数をカウントすることができる。
【0018】
以上、本発明を上述の実施の形態により説明したが、本発明の主旨の範囲内で種々の変形や応用が可能であり、これらの変形や応用を本発明の範囲から排除するものではない。
【0019】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本願請求項1に記載の発明は、人体に密接させて人間の脈拍数をカウントする可搬型の脈拍計において、
人体の脈拍微振動を検知できる位置に密着し、該微振動を検知するエアーパットと、
前記エアーパッド内の空気と連通し、エアーパットの空気振動を電氣信号に変換する微圧センサー手段と、
微圧センサー手段が検知した人体微振動信号から人体の脈拍による微振動を選択する第1のフィルターと、
第1のフィルターにより選択された振動波形の波高値の絶対値を経時的に並べる手段と、
第1のフィルターにより選択された振動波形の波高値の絶対値を経時的に並べたパターン形状から1脈拍に1個の三角波を形成する第2のフィルターと、
第2のフィルターの出力波形数を計数する手段と、
前記計数する手段により計数された数値を脈拍数として表示手段と、具備しているので、エアーパット14により人間の微弱な 人体に密接させて人間の脈拍数をカウントする可搬型の脈拍計において、
人体の脈拍微振動を検知できる位置に密着し、該微振動を検知するエアーパットと、
前記エアーパッド内の空気と連通し、エアーパットの空気振動を電氣信号に変換する微圧センサー手段と、
微圧センサー手段が検知した人体微振動信号から人体の脈拍による微振動を選択する第1のフィルターと、
第1のフィルターにより選択された振動波形の波高値の絶対値を経時的に並べる手段と、
第1のフィルターにより選択された振動波形の波高値の絶対値を経時的に並べたパターン形状から1脈拍に1個の三角波を形成する第2のフィルターと、
第2のフィルターの出力波形数を計数する手段と、
前記計数する手段により計数された数値を脈拍数として表示手段と、脈拍振動を電気振動に変換し、その信号をフィルターでノイズ周波数帯域を取り除き、脈拍波形のみを取り出して、脈拍数をカウントすることができる。また、従来の腕時計型脈拍計のように光素子に指先を当て、透過または反射させて脈拍数をカウントさせることもなく、腕に装着させ、安静にしているだけで脈拍数を正確簡単にカウントすることができる。
本願の請求項2に記載の発明は、前記請求項1に記載の発明に加えて、前記エアーパッドは、内部の空気容量を維持するためのバイアス手段をその内部に有するので、エアパッド内には常時空気が存在し、人体の脈拍数を正確簡単にカウントすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本願の腕時計型脈拍計を腕に装着した状態を示す正面図である。
【図2】図2は、本願の腕時計型脈拍計を腕に装着した状態を示す断面図である。
【図3】図3は、液晶表示板11の正面図である。
【図4】図4は、エアーパッド14近傍の拡大断面図である。
【図5】図5は、本発明に係わる脈拍カウンター9の回路を示すブロック図である。
【図6】図6は、人体の脈拍波形を示す特性図である。
【図7】図7は、絶対値変換器26の出力波形を示す。
【図8】人体の脈拍を示す三角波形特性図である。
【図9】図9は、人間の脈拍を示すパルスは計である。
【符号の説明】
1・・・・・腕時計型脈拍計
2・・・・・時計バンド
3・・・・・時計バンド
4・・・・・腕
5・・・・・ケース
6・・・・・透明ガラス
7・・・・・中蓋
8・・・・・裏蓋
9・・・・・脈拍カウンター
10・・・・・時計装置
11・・・・・液晶表示板
12・・・・・時間表示部
13・・・・・脈拍表示部
14・・・・・エアーパッド
15・・・・・微圧センサー
16・・・・・カバー
17・・・・・スプリング
18・・・・・ケース
19・・・・・センサー内室
20・・・・・センサー外室
21・・・・・圧電素子
22・・・・・基板
23・・・・・インピーダンス変換器
24・・・・・フイルター
25・・・・・増幅器
26・・・・・絶対値変換器
27・・・・・フイルター
28・・・・・パルス変換器

Claims (2)

  1. 人体に密接させて人間の脈拍数をカウントする可搬型の脈拍計において、
    人体の脈拍微振動を検知できる位置に密着し、該微振動を検知するエアーパットと、
    前記エアーパッド内の空気と連通し、エアーパットの空気振動を電氣信号に変換する微圧センサー手段と、
    微圧センサー手段が検知した人体微振動信号から人体の脈拍による微振動を選択する第1のフィルターと、
    第1のフィルターにより選択された振動波形の波高値の絶対値を経時的に並べる手段と、
    第1のフィルターにより選択された振動波形の波高値の絶対値を経時的に並べたパターン形状から1脈拍に1個の三角波を形成する第2のフィルターと、
    第2のフィルターの出力波形数を計数する手段と、
    前記計数する手段により計数された数値を脈拍数として表示する表示手段と、
    を具備してなる脈拍計。
  2. 前記エアーパッドは、内部の空気容量を維持するためのバイアス手段をその内部に有することを特徴とする請求項1記載の脈拍計。
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