(57)【要約】【課題】装着ベルトの電極が身体から離れても安定して生体情報を取得できる生体情報取得装置を提供する。【解決手段】装着ベルトによって身体に装着される生体情報取得装置であって、第１電極（アース電極１）、第２電極（心電位検出電極２）、及び第３電極（装着検出電極３）と、第１電極と第２電極との間に発生する信号を増幅する信号処理部（信号処理部４）と、第１電極と第３電極との間に発生する信号によって装着ベルトが身体に装着されたことを検出し、信号処理部へ動作電圧を供給する装着検出部（装着検出部５）と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
装着ベルトによって身体に装着される生体情報取得装置であって、
第１電極、第２電極、及び第３電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に発生する信号を増幅する信号処理部と、
前記第１電極と前記第３電極との間に発生する信号によって前記装着ベルトが前記身体に装着されたことを検出し、前記信号処理部へ動作電圧を供給する装着検出部と、
を備えることを特徴とする生体情報取得装置。
【請求項２】
前記第２電極と前記第３電極とは、前記第１電極を間に挟んで互いに前記装着ベルトの反対側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の生体情報取得装置。
【請求項３】
前記第２電極から前記信号処理部への配線と、前記第１電極から前記信号処理部への配線との間には、前記信号処理部の入力電位を接地電位へとプルダウンする抵抗素子が設けられることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の生体情報取得装置。
【請求項４】
前記装着検出部の出力には、前記動作電圧に応じた電荷を蓄積する容量素子が設けられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の生体情報取得装置。
【請求項５】
前記信号処理部の出力信号を無線送信する無線通信部を更に備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の生体情報取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体情報取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
利用者の生体情報を取得する生体情報取得装置として、例えば心拍計が広く知られている。心拍計は、装着ベルトに取り付けられた一対の電極（胸電極）の間に発生した利用者の心電位を処理して心電位信号を検出する。また、心拍計は、この心電位信号を内部で演算して心拍数を算出して外部へ送信するか、或いは心電位信号を増幅して増幅した心電位信号を外部へ送信する。一方、外部の受信機である、例えば電子時計は、心拍計が算出した心拍数を、或いは心拍計が送信する心電位信号に基づいて心拍数を算出して心拍数を、装着ベルトの利用者に周知する。例えば、特許文献１には、上述した心拍計が開示されている。
【０００３】
図３は、従来の心拍計９０の構成を示す図である。また、図４は、心拍計９０における生体情報送信機９３の回路ブロック図である。
従来の心拍計９０は、図３に示すように、本体ベルト９１と、背面ベルト（図３において不図示）と、これらのベルトそれぞれの両端を結合する結合具（図３において不図示）により構成される。
本体ベルト９１の中央部には、ケース９２が設けられる。ケース９２の内部には、回路基板が収納され、回路基板上には生体情報送信機９３が形成される。
また、本体ベルト９１の左右の端部には、一対の胸電極（アース電極１、心電位検出電極２）が設けられる。
利用者が心拍計９０を胸部に装着すると、アース電極１と心電位検出電極２とが利用者の身体に密着して、これらの電極間に生じる心電位信号がケース９２内部の生体情報送信機９３において検出される。さらに、生体情報送信機９３は、検出された心電位信号を増幅して、増幅した信号を外部の受信機（図３において不図示）に対して送信する。
【０００４】
生体情報送信機９３は、図４に示すように、信号処理部４、装着検出部９５、無線通信部６を含んで構成される。利用者が心拍計９０を胸部に装着すると、心電位検出電極２とアース電極１との間に皮膚抵抗が形成され、この皮膚抵抗に応じた電流が流れ、装着検出部９５におけるインバータ回路Ｕ１のゲートレベルがハイ（Ｈ）レベルからロウ（Ｌ）レベルとなる。インバータ回路Ｕ１は、電源電圧ＶＣＣを信号処理部４に対して供給する。これにより、信号処理部４は、心電位信号を検出する動作状態へ移行する。
【０００５】
信号処理部４における心電位増幅部４１の入力部には、容量Ｃ３（直流カットコンデンサ）が設けられ、この容量Ｃ３の一端は心電位検出電極２に配線を介して接続される。また、容量Ｃ３の他端はバイポーラトランジスタＱ１のベース端子に接続される。信号処理部４が、心電位信号を検出する動作状態へ移行した状態において、アース電極１、心電位検出電極２との間に心電位信号が発生すると、バイポーラトランジスタＱ１が導通状態（オン状態）と非導通状態（オフ状態）とを繰り返す。
【０００６】
心電位増幅部４１におけるオペアンプ４１ａは、心電位信号を増幅して波形整形部４２に対して出力する。波形整形部４２は、心電位増幅部４１の出力信号を心電位信号に同期したパルスに波形整形し、波形整形後のパルスを無線通信部６におけるバイポーラトランジスタＱ２に対して出力する。無線通信部６においては、信号処理部４における波形整形部４２が出力するパルス、すなわち心電位信号に同期したパルスにより、バイポーラトランジスタＱ２がオン状態とオフ状態の間を繰り返し、生体情報としての心電位信号を送信機に対して無線出力する。
【０００７】
このように、生体情報送信機９３において、装着検出部９５は、利用者が心拍計９０を胸部に装着すると、信号処理部４へ電源電圧を供給する。換言すれば、心拍計９０に設けられた一対の胸電極は、生体情報送信機９３の電源スイッチとして機能しており、この電源スイッチが導通（オン）したことが装着検出部９５により検出され、心電位信号を検出する動作状態へ移行する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−５４７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、心拍計９０では、上述の通り一対の胸電極は、生体情報送信機９３の電源スイッチとして機能しており、利用者が運動をすることにより、一時的に一対の胸電極のうち少なくとも一方の電極が利用者の身体から離れてしまう場合がある。こうした場合、インバータ回路Ｕ１のゲートレベルがＨレベルに戻り、信号処理部４への電源供給が停止してしまい、心電位信号の検出を実行することができなくなるという問題があった。
【００１０】
また、信号処理部４への電源電圧供給が停止される前に、心電位増幅部４１に入力される心電位信号の電位が一瞬変動する。この心電位信号の電位変動が、容量Ｃ３を介して、心電位増幅部４１の入力側に伝わり、心電位増幅部４１は、この本来検出すべきでない擬似的な心電位信号を増幅してしまう場合がある。そのため、信号処理部４が無線通信部６に対して誤った増幅結果を出力信号として出力し、無線通信部６は誤った心電位信号を外部へ無線送信してしまうという問題があった。
【００１１】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、装着ベルトの電極が身体から離れても安定して生体情報を取得できる生体情報取得装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、装着ベルトによって身体に装着される生体情報取得装置であって、第１電極、第２電極、及び第３電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に発生する信号を増幅する信号処理部と、前記第１電極と前記第３電極との間に発生する信号によって前記装着ベルトが前記身体に装着されたことを検出し、前記信号処理部へ動作電圧を供給する装着検出部と、を備えることを特徴とする生体情報取得装置である。
【００１３】
（２）また、上記生体情報取得装置において、前記第２電極と前記第３電極とは、前記第１電極を間に挟んで互いに前記装着ベルトの反対側に設けられることを特徴とする。
【００１４】
（３）また、上記生体情報取得装置において、前記第２電極から前記信号処理部への配線と、前記第１電極から前記信号処理部への配線との間には、前記信号処理部の入力電位を接地電位へとプルダウンする抵抗素子が設けられることを特徴とする。
【００１５】
（４）また、上記生体情報取得装置において、前記装着検出部の出力には、前記動作電圧に応じた電荷を蓄積する容量素子が設けられることを特徴とする。
【００１６】
（５）また、上記生体情報取得装置において、前記信号処理部の出力信号を無線送信する無線通信部を更に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、心電位検出電極（第２電極）が身体から離れた場合であっても、装着検出電極（第３電極）とアース電極（第１電極）との間の皮膚抵抗を介して電流が流れる。そのため、装着検出部は、装着検出電極とアース電極との間に発生する信号に応じて信号処理部に電源電圧を供給でき、信号処理部は動作を継続することができる。
また、心電位検出電極から信号処理部に至る配線において、プルダウン抵抗を設けることで、信号処理部の入力電位をアース電位と同電位に維持できる。そのため、アース電極と心電位検出電極との間で擬似的な心電位信号が発生することを防止できる。
これにより、本発明によれば、装着ベルトの電極が身体から離れても安定して生体情報を取得できる生体情報取得装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係る心拍計１０の構成を示す図である。
【図２】心拍計１０における生体情報送信機１３の回路ブロック図である。
【図３】従来の心拍計９０の構成を示す図である。
【図４】心拍計９０における生体情報送信機９３の回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、本実施形態に係る心拍計１０の構成を示す図である。また、図２は、心拍計１０における生体情報送信機１３の回路ブロック図である。なお、図１、及び図２において、図３、及び図４と同一の部分には同一の符号を付している。
心拍計１０（生体情報取得装置）は、図１に示すように、本体ベルト１１と、背面ベルト（図１において不図示）と、これらのベルトそれぞれの両端を結合する結合具（図１において不図示）により構成される。
【００２０】
本体ベルト１１の長さ方向における中央部には、ケース１２が設けられる。ケース１２の内部には、回路基板が収納され、回路基板上には生体情報送信機１３が形成される。
また、本体ベルト１１には、心電位検出電極２（第２電極）と装着検出電極３（第３電極）とが、アース電極１（第１電極）を間に挟んで互いに装着ベルトの反対側に設けられる。
【００２１】
ここで、このような電極配置とした理由は、装着検出電極３とアース電極１との間における電流を流す皮膚抵抗の距離を短くするためである。また、当該電流が心電位検出電極２とアース電極１との間に発生する微小な心電位信号（ＨレベルとＬレベルとの間の電位差が約１ｍＶ）に及ぼす影響を取り除くためである。
【００２２】
利用者が心拍計１０を胸部に装着すると、アース電極１、心電位検出電極２、装着検出電極３とが利用者の身体に密着して、アース電極１と心電位検出電極２との電極間に発生する心電位信号がケース１２内部の生体情報送信機１３において検出される。さらに、生体情報送信機１３は、検出された心電位信号を増幅して、増幅した信号を外部の受信機（図１において不図示）に対して送信する。
【００２３】
生体情報送信機１３は、図２に示すように、信号処理部４、装着検出部５、無線通信部６を含んで構成される。
装着検出部５は、抵抗Ｒ１とトランジスタＱ３（Ｐ型電界効果トランジスタ）を含んで構成される。抵抗Ｒ１において、その一端は電源電圧ＶＣＣの配線に接続され、他端はトランジスタＱ３のゲート端子に接続される。なお、生体情報送信機１３は、例えば電源電圧ＶＣＣを供給する一次電池或いは二次電池（図２において不図示）を搭載しており、電源電圧ＶＣＣの配線は、当該電池の正転端子に接続されている。また、当該電池の反転端子は、アース電極１からの配線に接続されている。
また、トランジスタＱ３において、ソース端子は電源電圧ＶＣＣの配線に、ゲート端子は装着検出電極３からの配線に、ドレイン端子は信号処理部に電源電圧ＶＣＣを供給する配線に接続される。
【００２４】
利用者が心拍計１０を胸部に装着すると、装着検出電極３とアース電極１との間に皮膚抵抗が形成され、この皮膚抵抗に応じた電流が両電極間に流れ、装着検出部５におけるトランジスタＱ３のゲートレベルがＨレベルからＬレベルとなる。トランジスタＱ３は、導通（オン）し、電源電圧ＶＣＣ（動作電圧）を信号処理部４に対して供給する。これにより、信号処理部４は、心電位信号を検出する動作状態へ移行する。
【００２５】
また、装着検出部５の出力、すなわち信号処理部４へ電源電圧ＶＣＣを供給するトランジスタＱ３のドレイン端子には、容量Ｃ１（容量素子）の一端が接続される。容量Ｃ１の他端はアース電極１からの配線に接続され接地される。装着検出電極３またはアース電極１の少なくとも一方の電極が利用者の身体から離れた場合、トランジスタＱ３はオフ状態へ移行するが、容量Ｃ１には電荷が蓄積されており、この電荷により信号処理部４の検出動作を維持することができる。
【００２６】
信号処理部４における心電位増幅部４１の入力部には、容量Ｃ３（直流カットコンデンサ）が設けられ、この容量Ｃ３の一端は心電位検出電極２に配線を介して接続される。また、容量Ｃ３の他端はバイポーラトランジスタＱ１のベース端子に接続される。信号処理部４が、心電位信号を検出する動作状態へ移行した状態において、アース電極１と心電位検出電極２との間に心電位信号が発生すると、バイポーラトランジスタＱ１がオン状態とオフ状態とを繰り返す。
【００２７】
心電位増幅部４１におけるオペアンプ４１ａは、入力側がバイポーラトランジスタＱ１のコレクタ端子と容量を介して接続され、出力側が容量を介して波形整形部４２と接続される。オペアンプ４１ａは、心電位信号を増幅して波形整形部４２に対して出力する。波形整形部４２は、心電位増幅部４１の出力信号を心電位信号に同期したパルスに波形整形し、波形整形後のパルスを無線通信部６におけるバイポーラトランジスタＱ２に対して出力する。無線通信部６は、アンテナコイルＡＮＴと容量Ｃ２とを有するＬＣ共振回路と、この共振回路を駆動するバイポーラトランジスタＱ２と、を備えている。無線通信部６は、信号処理部４における波形整形部４２が出力するパルス、すなわち心電位信号に同期したパルスにより、バイポーラトランジスタＱ２がオン状態とオフ状態を繰り返し、生体情報としての心電位信号を送信機に対して無線出力する。心拍計１０から離れた場所、例えば利用者の腕には、受信機としての電子時計がある。電子時計は、送信されてくる心電位信号に応じて利用者の心拍数を算出し、心拍数を、例えば表示部に表示して利用者に周知する。
【００２８】
ここで、図２に示すように、心電位増幅部４１の入力側、すなわち、容量Ｃ３の一端と心電位検出電極２との間の配線には、プルダウン抵抗としての抵抗Ｒ２（抵抗素子）が設けられる。この抵抗Ｒ２において、その一端は心電位検出電極２からの配線に接続され、他端はアース電極１からの配線に接続される。
抵抗Ｒ２は、心電位検出電極２が、信号処理部４の動作中に、利用者の身体から離れた場合であっても、信号処理部４の入力電位を接地電位とすることにより、容量Ｃ３の両端間に電位を生じさせないように作用する。これにより、心電位検出電極２が、信号処理部４の動作中に、利用者の身体から離れた場合であっても、信号処理部４は、従来のように信号処理部４が擬似的な心電位信号を増幅することを回避することができる。また、無線通信部６が誤った心電位信号を外部へ無線送信してしまうという問題を回避できる。
【００２９】
次に、一時的に心拍計１０の電極が利用者の身体から離れた場合の心拍計１０の動作について説明する。
装着検出電極３が利用者の身体から離れた場合、上述の通り、トランジスタＱ３はオフする。しかしながら、容量Ｃ１に電荷が蓄積されているため、信号処理部４（心電位増幅部４１、及び波形整形部４２）の動作電源電圧は低下しない。従って、装着検出電極３が利用者の身体に戻れば、心電位信号の検出を継続することができる。
【００３０】
また、心電位検出電極２が利用者の身体から一時的に離れた場合、抵抗Ｒ２（プルダウン抵抗）により、容量Ｃ３の両端の電位はアース電極１と同電位、すなわち接地電位に固定される。心電位検出電極２が利用者の身体に戻るまでは、心電位増幅部４１における心電位信号の検出はできないものの、心電位検出電極２が利用者の身体に戻れば検出動作を継続できる。
【００３１】
また、アース電極１が利用者の身体から一時的に離れた場合、装着検出電極３と心電位検出電極２の両方が利用者の身体から一時的に離れた場合と同じになる。そのため、アース電極１が利用者の身体に戻れば検出動作を継続できる。
【００３２】
このように、本発明は、装着ベルトによって身体に装着される心拍計１０（生体情報取得装置）であって、アース電極１（第１電極）、心電位検出電極２（第２電極）、及び装着検出電極３（第３電極）を備える。また、心拍計１０は、第１電極と第２電極との間に発生する信号を増幅する信号処理部４（信号処理部）と、第１電極と第３電極との間に発生する信号によって装着ベルトが身体に装着されたことを検出し、信号処理部へ動作電圧を供給する装着検出部（装着検出部５）と、を備える。
【００３３】
本発明によれば、心電位検出電極２（第２電極）が身体から離れた場合であっても、装着検出電極３（第３電極）とアース電極１（第１電極）との間の皮膚抵抗を介して電流が流れる。そのため、装着検出部５（装着検出部）は、装着検出電極３とアース電極１との間に発生する信号に応じて信号処理部４（信号処理部）に電源電圧を供給でき、信号処理部４は動作を継続することができる。
また、心電位検出電極２から信号処理部４に至る配線において、抵抗Ｒ２（プルダウン抵抗）を設けることで、信号処理部４の入力電位をアース電位と同電位に維持できる。そのため、アース電極１と心電位検出電極２との間で擬似的な心電位信号が発生することを防止できる。
これにより、本発明によれば、装着ベルトの電極が身体から離れても安定して生体情報を取得できる生体情報取得装置を提供することができる。
【００３４】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、上記実施形態の説明では、心拍計１０が心電位信号に同期した信号を、電磁波を用いて送信する場合について説明した。もちろん、生体情報送信機１３の内部にＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）を設けて心拍数そのものを演算して、心拍数データを外部へ送信する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１…アース電極、２…心電位検出電極、３…装着検出電極、４…信号処理部、４１…心電位増幅部、４１ａ…オペアンプ、４２…波形整形部、５，９５…装着検出部、６…無線通信部、１０，９０…心拍計、１１，９１…本体ベルト、１２，９２…ケース、１３，９３…生体情報送信機、Ｒ１，Ｒ２…抵抗、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…容量、Ｑ１，Ｑ２…バイポーラトランジスタ、Ｑ３…トランジスタ、Ｕ１…インバータ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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