(57)【要約】【課題】  皮膚への接触状態を検知する電極端子を可能な限り小さくし、脈拍数などの生体情報を高精度に計測可能な生体情報計測装置を提供する。【解決手段】  脈拍等の生体情報を計測するとき、Ａ電極端子３２とＢ電極端子３３を生体３１の皮膚３１ａに接触させる。Ａ電極端子３２はインバータＩＣ３４の入力端子ａに接続され、Ｂ電極端子３３は接地電極ＧＮＤに接続されている。Ａ電極端子３２の皮膚３１ａへの接触電位はインバータＩＣ３４によって増幅されて出力端子Ｐ１に取り出される。この際、インバータＩＣ３４の増幅率は帰還抵抗Ｒｆによって決まるので、両電極端子が皮膚３１ａに接触したときの接触電位を高い電圧レベルで検出することができる。従って、Ａ電極端子３２とＢ電極端子３３を小面積にしても、生体情報を測定するセンサユニットが皮膚３１ａに接触しているか否かを高精度に検出することができ、脈拍等を正確に測定することが可能となる。【選択図】      図３
2005270546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサユニットから生体に光を照射し、前記センサユニットが前記生体からの後方散乱光を受光することにより生体情報を計測する生体情報計測装置であって、
前記センサユニットが前記生体に接触しているか否かを検知するための２個の電極端子と、
前記２個の電極端子のうち、第１の電極端子の検出電位を第２の電極端子の接地電位に対して増幅する反転型の増幅器と、
によって構成された電極式接触検知手段を備えることを特徴とする生体情報計測装置。
【請求項２】
前記反転型の増幅器の帰還抵抗Ｒｆは、
前記センサユニットの出力電圧Ｖｏｕｔ、前記第１の電極端子と前記第２の電極端子との間の皮膚抵抗値をＲｓ、前記第１の電極端子と前記第２の電極端子が前記生体に接触したときの接触検知閾値電圧をＶｓとしたとき、
Ｒｆ＞Ｒｓ｛（Ｖｏｕｔ−Ｖｓ）／Ｖｓ｝
で求められた値であることを特徴とする請求項１に記載の生体情報計測装置。
【請求項３】
さらに、発光素子を前記生体に照射する発光回路と、
前記生体からの後方散乱光を受光して前記センサユニットが前記生体に接触しているか否かを検知する受光回路と、
によって構成された光学式接触検知手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の生体情報計測装置。
【請求項４】
前記光学式接触検知手段は、前記生体情報も併せて計測することを特徴とする請求項３に記載の生体情報計測装置。
【請求項５】
前記生体情報として脈拍を計測することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の生体情報計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体の生体情報を計測するための生体情報計測装置に関し、特に、腕時計などのように手首に装着した状態で脈拍などの生体情報を計測する生体情報計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光を生体に照射してその後方散乱光を受光することによって脈拍数などの生体情報を算出する生体情報計測装置が広く利用されている。このような光学式の生体情報計測装置は、発光素子（例えば、発光ダイオード）と受光素子（例えば、ホトダイオード）を備えたセンサユニットを生体の手首などに装着することにより、発光素子が生体に照射した光の後方散乱光を受光素子が受光し、脈拍に応じて変化する後方散乱光の光量を検出できるように構成されている。特に、この種の生体情報計測装置は、使用者が簡易に携帯できるように、腕時計型にして使用者の手首に取付け可能なように構成されている。また、使用者が手首に巻いて脈拍などを測定する場合、その手首を動かしてもセンサユニットと手首の表皮との密着度を一定に保って生体情報を精度よく検出できるように構成された生体情報計測装置も開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
さらには、脈拍センサが皮膚に接触しているか否かを検知し、脈拍センサが皮膚に接触していない場合には脈拍計の測定処理を停止して電池の無駄な使用を防止する技術も開示されている。このとき、脈拍センサが皮膚に接触しているか否かを検知する方法は、２つの電極端子を皮膚に接触させて放電させ、両電極間が所定の電圧以下に低下したときに（つまり、２つの電極端子がと共にＬｏｗレベルとなったときに）皮膚に接触していると判定する手法を用いている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
通常、脈拍計などは、２つの電極端子で脈拍センサ（センサユニット）が皮膚に接触しているか否かを検知し、脈拍センサが皮膚に接触している場合に光センサによって脈拍数を算出するように構成されている。そこで、指などは１ｍｍ２当りに３〜５個の汗腺が存在していて発汗も活発であるために皮膚抵抗が低いので、電極端子のサイズを直径３ｍｍ（つまり、表面積で約７ｍｍ２）程度以上にすれば確実に皮膚の接触状態を検出することができる。このとき皮膚を通した電極端子間の抵抗値は５００ＫΩ〜１ＭΩである。このように、皮膚抵抗の低い部位である汗腺の多い指先や、運動中の発汗作用によって皮膚抵抗が低下した身体部位などは、電極端子の接触抵抗が小さくなっているので、小さな面積の電極端子でも脈拍センサが皮膚に接触しているか否かを正確に検知することができる。しかし、手首などに脈拍センサを装着する場合は、指先より汗腺の数が少なくて皮膚抵抗が高いので電極端子の面積を大きくして接触状態を検知する必要がある。
【特許文献１】特開２００１−７８９７３号公報
【特許文献２】特開２００３−７０７５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、手首などに脈拍センサを接触させる腕時計型の脈拍計などは装置全体が小型であるため、電極端子の面積を大きくすると二つの電極端子が占める面積が大きくなってしまう。特に、腕、手首、腹などの皮膚は汗腺の数は少なく、例えば、腹などは１ｍｍ２当りの汗腺の数は１個程度であるので必然的に皮膚抵抗も高くなってしまう。さらには、高齢者などにおいては皮膚中に占める不能動汗腺の割合が増加して皮膚抵抗が高くなっているために、電極端子の面積をさらに大きくしなければ脈拍センサの接触状態を検知することができない。
【０００６】
例えば、手首における能動汗腺数を１ｍｍ２当り０.２個とした場合は、指先などの１ｍｍ２当りの能動汗腺数が３個に相当する手首の面積は１５ｍｍ２となり、結果的には、手首に電極端子を接触させる場合は、指先の面積より１５倍大きい面積の電極端子が必要になる。言い換えれば、通常、指先での電極端子のサイズは直径３ｍｍ（表面積で約７ｍｍ２）程度が必要であるので、手首における電極端子の面積は７ｍｍ２×１５＝１０５ｍｍ２が必要となるので、結果的には直径１１.６ｍｍの電極端子が２個必要となる。
【０００７】
このように大きい電極端子を手首に密着させることは、腕時計型の脈拍計を小型化する上では大きな障害となる。つまり、手首に装着する腕時計型の脈拍計にあっては電極端子を大きくすることは困難であり、それ相当の小型サイズの電極端子にして脈拍計の装置内に収納するように工夫する必要がある。しかし、前記の特許文献２で開示されているような従来の技術では、電極端子の皮膚への接触状態を検知する接触検出回路の動作上から、電極端子の面積を大きくしないと接触状態の検知感度を上げることができない。つまり、従来の技術では、電極端子を小さくすることと接触状態の検知感度を上げることのトレイドオフの関係を解消することはできない。言い換えれば、電極端子を小さくしないと脈拍計などの生体情報計測装置を小型化することができないが、従来の技術は電極端子を小さくすると接触状態を正確に検知することができないため、小型軽量化のニーズを阻害している。
【０００８】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、皮膚への接触状態を検知する電極端子を可能な限り小さくし、脈拍などの生体情報を高精度に計測することができるようにした生体情報計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の生体情報計測装置は、前記の目的を達成するために創案されたものであり、センサユニットから生体に光を照射し、そのセンサユニットが生体からの後方散乱光を受光することにより生体情報を計測する生体情報計測装置であって、センサユニットが生体に接触しているか否かを検知するための２個の電極端子と、２個の電極端子のうち、第１の電極端子の検出電位を第２の電極端子の接地電位に対して増幅する反転型の増幅器とによって構成された電極式接触検知手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、電極端子が生体の皮膚に接触したときの微弱な接触検出電圧をＣＭＯＳの反転型の増幅器によって増幅している。これによって、電極端子の面積を小さくしても（つまり、皮膚抵抗が高くても）、生体情報計測装置のセンサユニットが生体に接触しているか否かを高精度に検出することができる。
【００１１】
また、本発明の生体情報計測装置においては、反転型の増幅器の帰還抵抗Ｒｆは、センサユニットの出力電圧Ｖｏｕｔ、第１の電極端子と第２の電極端子との間の皮膚抵抗値をＲｓ、第１の電極端子と第２の電極端子が生体に接触したときの接触検知閾値電圧をＶｓとしたとき、Ｒｆ＞Ｒｓ｛（Ｖｏｕｔ−Ｖｓ）／Ｖｓ｝で求められた値であることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、２つの電極端子の電極面積が小さくて皮膚抵抗が高くても、反転型の増幅器の帰還抵抗Ｒｆを前記の計算式で求めた抵抗値以上に設定すれば、インバータＩＣの増幅率を高めて接触検出電圧を高くすることができる。したがって、電極端子の面積が小さくてもセンサユニットの接触状態を高精度に検出することができるので、生体情報計測装置の一層の小型化を図ることができる。
【００１３】
また、本発明の生体情報計測装置においては、さらに、発光素子を生体に照射する発光回路と、生体からの後方散乱光を受光してセンサユニットが生体に接触しているか否かを検知する受光回路とによって構成された光学式接触検知手段を備えることを特徴とする。つまり、電極式接触検知手段による検出では生体の水分等の影響を受けやすく、検出光強度の変化から生体の接触の有無を判断する光学式接触検知手段による検出では検出光強度が生体の状態によって変化するため生体の状態の影響を受ける可能性があるが、この発明のように電極式接触検知手段と光学式接触検知手段の両方を用いることにより、両者の欠点を補いあって高精度に接触状態を検出することができる。つまり、何れか一方の方式による接触状態の検出では、装着していても装着していないと判定されたり、確実に装着していなくても装着していると判定されることがあるが、電極式接触検知手段と光学式接触検知手段とを併用して接触状態を検知することによって正確かつ確実に接触状態を検知することができる。
【００１４】
また、本発明の生体情報計測装置においては、光学式接触検知手段は生体情報も併せて計測することを特徴とする。つまり、生体情報は発光回路と受光回路を備えたセンサユニットによって検出されるので、この発光回路と受光回路をそのまま光学式接触検知手段に用いて接触状態を検知すれば、回路構成をさらにシンプルにすることができる。
【００１５】
また、本発明の生体情報計測装置においては、生体情報として脈拍を計測することを特徴とする。つまり、本発明の生体情報計測装置によれば、手首などへ装着する時計型の脈拍計に適用しても、手首への接触状態を正確に検出して脈拍などを高精度に測定することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の生体情報計測装置によれば、電極端子が生体の皮膚に接触したときの微弱な接触検出電圧をＣＭＯＳのインバータＩＣによって増幅しているので、電極端子の面積を小さくしても、センサユニットが生体に接触しているか否かを正確に検出することができる。このとき、インバータＩＣの帰還抵抗Ｒｆを計算式に基づいて所望の抵抗値に設定すれば、インバータＩＣの増幅率を高めることができるので、さらに電極端子の面積を小さくすることができる。これによって、腕時計型の生体情報計測装置の一層の小型化を図ることができる。
【００１７】
また、本発明の生体情報計測装置によれば、電極式接触検知手段と光学式接触検知手段の両方を用いることにより、両者の欠点を補いあって高精度に接触状態を検出することができる。例えば、電極式接触検知手段による検出では生体の水分等の影響を受けやすく、検出光強度の変化から生体の接触の有無を判断する光学式接触検知手段による検出では検出光強度が生体の状態によって変化するため生体の状態の影響を受ける可能性があるが、両方の方式を用いることにより、両者の欠点を補いあって高精度に接触状態を検出することができる。また、生体情報は発光回路と受光回路を備えたセンサユニットによって検出されるので、この発光回路と受光回路をそのまま光学式接触検知手段に用いることによって回路構成をさらにシンプルにすることができる。このような生体情報計測装置を時計型の脈拍計などに適用すれば、脈拍計をさらに小型軽量化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明における生体情報計測装置の実施の形態について詳細に説明するが、まず、本発明における生体情報計測装置の概要について説明する。なお、以下の説明では、理解を容易にするために、生体情報計測装置を脈拍計とした場合について説明するが、本発明は生体情報計測装置に限定されるものではない。
【００１９】
本発明における脈拍計は、発光素子と受光素子を備えたセンサユニットを生体の手首などに装着し、発光素子が生体に照射した光の後方散乱光を受光素子が受光して、後方散乱光の光量を検出することによって脈拍を計測するものであるが、この技術は従来技術と同じである。本発明では、脈拍計の皮膚への接触状態を検知する電極端子を可能な限り小さくし、ＣＭＯＳのインバータＩＣをリニア動作させた増幅器によって皮膚への接触状態を示す接触電圧を増幅することにより、皮膚への接触状態を高精度に検知するように構成したことを特徴としている。以下、このようにして電極端子によって皮膚への接触状態を検知するセンサを電極式接触検知センサ（電極式接触検知手段）という。さらに、発光素子と受光素子を備えた光学式のセンサを用いて皮膚からの後方散乱光によって皮膚への接触状態を検知している。以下、このようにして光学式のセンサを用いて皮膚への接触状態を検出するセンサを光学式接触検知センサ（光学式接触検知手段）という。つまり、本発明の脈拍計では、電極式接触検知センサと光学式接触検知センサを用いて脈拍センサの皮膚への接触状態を高精度に検出している。
【００２０】
以下、図面を用いて本発明に適用される脈拍計の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に適用される脈拍計の斜視図および断面図であり、（ａ）は表面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。図１に示すように、脈拍計１はリストバンド２によって人体の手首に装着されるように構成されている。また、図１（ａ）に示すように、脈拍計１の表面には、日付、時刻、脈拍数などの各種情報を表示するための液晶表示部３が設けられており、側面には時刻合わせや表示モードの切り替えなどを行うための各種のボタンスイッチ４が設けられている。また、図１（ｂ）に示すように、脈拍計１の裏面（つまり、手首に接触する面）には、ほぼ中央部で長方形のセンサユニット５が設けられている。このセンサユニット５は透明ガラスで覆われていて、その内部には、図１（ｃ）に示すように、発光素子であるＬＥＤ（Light Emitting Diode）７と受光素子であるホトダイオード８が実装されている。また、センサユニット５の長手方向の両側には一対の電極端子６が突出して配置されている。
【００２１】
図１のような構成の脈拍計１を手首に装着してボタンスイッチに４により所定の操作を行うと、一対の電極端子６が皮膚への接触状態を検出する。ここで正常に接触されていることが検出されると、センサユニット５の発光素子であるＬＥＤ７からの光が皮膚に照射される。そして、照射された光は、生体内で脂肪や筋などの組織、血液中のヘモグロビンなどによって吸収、散乱をうけて後方散乱してきた光が受光素子であるホトダイオード８によって受光される。これによって、ホトダイオード８は受光量に相当した電気信号を出力する。脂肪や筋といった組織による吸収の量はあまり変化しないが、脈動によってヘモグロビンの量が変化するため血液中のヘモグロビンによる吸収の量は脈動に合わせて変化する。従って、結果的に、脈拍計１はホトダイオード８の出力信号から脈拍数を算出して液晶表示部３に表示させることができる。
【００２２】
次に、本発明に適用される脈拍計１の構成をさらに詳しく説明する。図２は、本発明に適用される脈拍計の回路構成を概略的に示すブロック図である。脈拍計１は、各種の演算処理を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）１１、皮膚に接触させるための一対の電極端子である接触センサ１２、一対の電極端子による皮膚への接触状態を電圧レベルで検出する接触状態検出回路１３、光信号によって脈拍数に相当する脈拍信号を検出する脈拍センサ１４、脈拍センサ１４によって検出された脈拍信号を電圧レベルに変換する脈拍検出回路１５、電圧レベルに変換された脈拍信号に含まれるノイズを除去するフィルタ回路１６、脈拍信号の電圧レベルを増幅する増幅回路１７、皮膚への接触状態の電圧レベル及び脈拍信号の電圧レベルをデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換手段１８、脈拍センサ１４を駆動するためのタイミング信号を生成する発振回路１９、ユーザが押下する入力ボタンなどの入力手段２０、ＣＰＵ１１と外部との通信インタフェースとなる通信手段２１、発振回路１９が生成したタイミング信号に基づいて脈拍センサ１４の駆動信号を生成する駆動信号生成手段２２、脈拍センサ１４を駆動するための脈拍センサ駆動回路２３、液晶によって脈拍数などを表示する表示手段２４、表示手段２４などを照明する照明手段２５、及び異常情報などを報知する報知手段２６を備えた構成となっている。なお、ＣＰＵ１１は、脈拍数の算出処理などを実行する演算手段１１ａ、脈拍数をカウントする時間を計時する計時手段１１ｂ、及びＲＯＭやＲＡＭなどからなる記憶手段１１ｃを備えた構成となっている。また、これらの各要素はバスによって接続されている。
【００２３】
さらに詳しく各部要素の機能を説明すると、ＣＰＵ１１においては、演算手段１１ａが、計時手段１１ｂによるタイムカウントに基づいて脈拍信号の検出処理及び脈拍数の算出処理を実行する。なお、これらの処理プログラムは記憶手段１１ｃに格納されている。また、入力手段２０のボタン操作に基づいて、脈拍信号の検出処理及び脈拍数の算出処理を実行するときは、ＣＰＵ１１が記憶手段１１ｃに格納されている該当する処理プログラムを展開し、それぞれの処理に基づいた出力情報（例えば、脈拍数の算出結果情報や未接触である旨の情報）を一時的に記憶手段１１ｃへ格納する。また、ＣＰＵ１１は、記憶手段１１ｃに一時的に格納された処理内容を表示手段２４に表示させる機能も備えている。
【００２４】
接触状態検出回路１３は、接触センサ１２が検出した接触信号を電圧レベルに変換し、皮膚に脈拍計１が確実に接触しているか否かを検出するための回路である。つまり、一対の接触端子が皮膚に接触したときの信号レベルを増幅して接触状態を検出する回路である。
【００２５】
脈拍センサ１４は、発光素子であるＬＥＤから皮膚に向けて照射した光の後方散乱光を受光素子であるホトダイオードが検出するように構成されたセンサである。脈拍検出回路１５は、脈拍センサ１４の受光素子（ホトダイオード）が検出した後方散乱による光信号を電圧レベルに変換する回路である。フィルタ回路１６は、脈拍検出回路１５から出力された電圧レベルの後方散乱による光信号に含まれるノイズを除去する回路である。増幅回路１７は、脈拍検出回路１５から入力された後方散乱による光信号をＣＰＵ１１によって指示される所定の倍率に増幅してＡ／Ｄ変換手段１８へ出力する回路である。Ａ／Ｄ変換手段１８は、後方散乱による光信号をアナログ信号からデジタル信号へ変換してＣＰＵ１１へ送信する回路である。そして、ＣＰＵ１１は、接触センサ１２からの信号に基づいて脈拍計１が皮膚に接触しているか否かを判定処理すると共に、脈拍センサ１４からの信号に基づいて脈拍数のカウント処理を行う。
【００２６】
次に、接触センサ１２の電極端子を小さくするために本発明に適用される接触状態検出回路１３について説明する。従来の接触状態検出回路は、例えば、特許文献２に開示されているように、皮膚に接触された２個の電極端子の接触電位レベルを検出し、両者の接触電位レベルが共にＬｏｗになったときにＮＯＲ回路の出力がＨｉｇｈとなって接触状態を検出するように回路構成されている。そのため、電極端子の面積を比較的大きくしなければ、皮膚への接触時に電位レベルをＬｏｗにすることができないので、結果的に電極端子の面積を大きくしなければ皮膚への接触状態を検出することができない。
【００２７】
しかし、本発明では、皮膚に接触する電極端子の面積を小さくしても（つまり、皮膚抵抗が高くても）その皮膚抵抗を確実に検出できるように、標準ロジックのＣＭＯＳインバータＩＣ（アンバッファタイプ）をリニア動作させた増幅器を用いている。つまり、ＣＭＯＳインバータＩＣに帰還抵抗Ｒｆを挿入し非装着時（Ｒｓ＝∞）の動作点がＶｓ＝Ｖｏｕｔとなる。この電圧は電源電圧Ｖｃｃ／２と現すことができる。つまり、帰還抵抗Ｒｆと皮膚抵抗Ｒｓのバランスで動作点が決定することで検出電圧も決定することになる。帰還抵抗Ｒｆを高抵抗とすることで、電極端子の面積が小さくて高い皮膚抵抗であってもその接触状態を高精度に検出することが可能となる。
【００２８】
図３は、本発明の脈拍計に用いられる接触状態検出回路の一例である。図３において、生体３１の皮膚３１ａに接触したＡ電極端子３２から、保護用の抵抗Ｒ１を介してＣＭＯＳインバータＩＣ（以下、単にインバータＩＣという）３４の入力端子ａに接続されている。また、生体３１の皮膚３１ａに接触したもう一方のＢ電極端子３３は保護用の抵抗Ｒ２を介して接地電極ＧＮＤに接続されている。さらに、インバータＩＣ３４の出力端ｂから帰還抵抗Ｒｆ及びコンデンサＣｆを介してインバータＩＣ３４の入力端ａに接続されている。このような増幅回路の構成によって出力端子Ｐ１，Ｐ２には所望のレベルに増幅された電圧が出力される。
【００２９】
インバータＩＣ３４の増幅率は帰還抵抗Ｒｆによって決まり、帰還抵抗Ｒｆが大きいほど増幅率が高くなるが、帰還抵抗Ｒｆを無限大にするとハンチング現象などを起こして回路が不安定になる。一方、帰還抵抗Ｒｆを１００ＭΩ以上の高抵抗にすると、インバータＩＣ３４の出力端ｂ（すなわち、出力端子Ｐ１）の電圧を電源電圧Ｖｃｃの約１／２の電圧まで増幅することができる。つまり、図３に示すように、インバータＩＣ３４の入力ゲート（入力端ａ）と接地電極ＧＮＤにそれぞれ小面積のＡ電極端子３２とＢ電極端子３３を接続すると皮膚抵抗Ｒｓは∞となり、その出力電圧は動作電圧と同じ電圧レベルとなり、それぞれの電極端子３２，３３を生体３１の皮膚３１ａに接触させることによって皮膚抵抗Ｒｓ≦１２０ＭΩとなり、インバータＩＣ３４の入力ゲート（入力端ａ）の動作点が低下した場合には、インバータＩＣ３４の出力端ｂ（すなわち、出力端子Ｐ１）を電源電圧に近い電位にまでＨｉｇｈレベルにすることができる。このようにして、図３に示すようなインバータＩＣ３４による接触状態検出回路を用いることにより、小面積のＡ電極端子３２及びＢ電極端子３３を用いても皮膚への接触状態を確実に検出することが可能となる。
【００３０】
次に、具体的な実施例について説明する。図４は、電極端子の装着時間と皮膚抵抗値の推移を示す実測特性図である。図４において、横軸は電極端子の装着時間を示し、縦軸は皮膚抵抗値（ＭΩ）を示している。装着時の皮膚抵抗値は２〜３ＭΩぐらいであって、初期の抵抗値は運動直後のため皮膚抵抗値が最小となった。装着から８０分ぐらいまでは皮膚抵抗値はそれ程増加しないが、その後は平常時の状態になるにつれ皮膚抵抗値は時間と共に増加して２０ＭΩぐらいにまで達している。
【００３１】
このように、実際に電極端子を使って生体の皮膚抵抗を測定してみると、生体の活性度によって６〜２４ＭΩ/ｃｍ２とかなりの高抵抗で広範囲に亘って分布している。そこで、電極端子の検出目標の抵抗値を分布抵抗の最大値２４ＭΩ/ｃｍ２の２割増である２８.８ＭΩ/ｃｍ２として、図３の接触状態検出回路によって皮膚への接触状態の確認を行った。
【００３２】
一例として、２つの電極端子（Ａ電極端子３２とＢ電極端子３３）のサイズを幅０.６ｃｍ×長さ０.４ｃｍとし、両電極端子の幅方向の電極中心間隔を２ｃｍとした場合は、皮膚抵抗値Ｒｓは、Ｒｓ＝２８.８ＭΩ×（２／０.６）＝９６ＭΩとなる。一方、図３のインバータＩＣ３４の出力端ｂがＨｉｇｈレベルとなる条件は、電源電圧Ｖｃｃが３.１Ｖのとき、インバータＩＣ３４の入力端ａの電圧（つまり、Ｈｉｇｈレベル閾値電圧Ｖｓ）は０.５５Ｖとなる。
【００３３】
一方、図３におけるインバータＩＣ３４の帰還抵抗Ｒｆは次の式（１）によって求めることができる。
【００３４】
Ｖｓ＞Ｖｃｃ×｛Ｒｓ／（Ｒｆ＋Ｒｓ）｝                            （１）
ここで、電源電圧Ｖｃｃ：３.１Ｖ、皮膚抵抗値Ｒｓ：９６ＭΩ、Ｈｉｇｈレベル閾値電圧Ｖｓ：０.５５Ｖであるので、式（１）から
Ｒｆ＞Ｒｓ｛（Ｖｃｃ−Ｖｓ）／Ｖｓ｝＝９６ＭΩ×｛（３.１−０.５５）／０.５５｝＝４４５ＭΩとなる。
【００３５】
つまり、図３に示すインバータＩＣ３４の帰還抵抗Ｒｆの実抵抗値として５００ＭΩを用いれば、２つの電極端子（Ａ電極端子３２とＢ電極端子３３）が生体３１の皮膚３１ａに接触したときに出力端子Ｐ１より確実にＨｉｇｈレベル信号を出力することができる。なお、図３の接触状態検出回路において、過電流保護用の抵抗Ｒ１、Ｒ２は１０ＭΩを用い、発振防止用のコンデンサＣｆは４７μＦを用いた。
【００３６】
図５は、図３の接触状態検出回路を用いたときの電極端子の装着状態を示す実測特性図である。図５において、横軸は時間（１０Ｓｅｃ/ｄｉｖ）を示し、縦軸はインバータＩＣの出力電圧（０.５Ｖ/ｄｉｖ）を示している。つまり、時刻ゼロ付近における電極端子の未装着時にはインバータＩＣの出力電圧は１．６Ｖを示しているが、時刻１０Ｓｅｃにおいて電極端子を装着すると、インバータＩＣの出力電圧は３．１ＶとなってＨｉｇｈレベルを示している。さらに、時刻７０Ｓｅｃを過ぎたときに電極端子を未装着にすると、インバータＩＣの出力電圧は再び１．６Ｖとなる。このようにして、電極端子の装着時は確実にＨｉｇｈレベルを検出することができる。
【００３７】
また、本発明の脈拍計では、前記のような電極式接触検知センサを用いた接触状態検出回路と併用して、光学式接触検知センサを用いて皮膚への接触状態を検知することもできる。つまり、光学式接触検知センサでは、発光素子と受光素子を備えた光学式のセンサを用いて、皮膚からの後方散乱光によって皮膚への接触状態を検出する。このようにして、電極式接触検知センサと光学式接触検知センサを併用することにより、脈拍センサの皮膚への接触状態をより高精度に検出することが可能となる。
【００３８】
図６は、本発明の脈拍計に適用される光学式接触検知センサにおける発光回路図の一例である。図６の発光回路は一般的に利用されている回路であるので詳細な説明は省略するが、電源電圧などの変動に関わらず常に一定電流を流してＬＥＤ１１の発光光量を一定にするような定電流増幅回路が用いられている。つまり、電源電圧ＶｃｃをツェナーダイオードＤＺ１１で一定電圧にし、オペアンプ３５を介して増幅段のトランジスタＴｒ１１におけるエミッタバイアスの抵抗Ｒ１２を一定電圧に保っている。これによって、トランジスタＴｒ１１のコレクタ−エミッタ間には電源電圧Ｖｃｃの変動に関わらず一定電流が流れる。従って、ＬＥＤ１１は、電源電圧Ｖｃｃの変動に関わらず一定電流を流して一定の光量で発光することができる。つまり、ＬＥＤ１１は一定光量の光を皮膚に照射しているので、後述する受光回路は安定した後方散乱光を受光することができる。このようにして皮膚への接触状態の検出精度を高めている。
【００３９】
図７は、図６の発光回路におけるＬＥＤ１１からの光の後方散乱光を受光する受光回路の一例である。図７の受光回路は一般的に利用されている回路であるので詳細な説明は省略するが、ホトダイオードＰＤ２１によって図６のＬＥＤ１１からの光の後方散乱光を受光している。つまり、ホトダイオードＰＤ２１は、その接合部に逆バイアス電圧を印加することにより、光を受光すると光電流ＩｄがホトダイオードＰＤ２１のカソードからアノードに向かって流れる。そして、この光電流ＩｄをトランジスタＴｒ２１で増幅することによって、ホトダイオードＰＤ２１の受光光量に比例した接触検出電流Ｉ１を出力端子Ｐ２１から取り出すことができる。
【００４０】
つまり、図６と図７を合わせて説明すると、図６の発光回路におけるＬＥＤ１１から皮膚へ光を照射すると、皮膚からの後方散乱光は、図７の受光回路におけるホトダイオードＰＤ２１によって受光される。これによって、受光回路は、後方散乱光の光電流Ｉｄが増幅された接触検出電流Ｉ１を出力端子Ｐ２１より出力する。このようにして、脈拍計が皮膚に確実に装着されているか否かを光学式接触検知センサによって検出することができる。
【００４１】
図８は、図６の発光回路におけるＬＥＤ１１から生体に照射した光の後方散乱光を受光する受光回路の他の例である。図８の回路では、ホトダイオードＰＤ３１が受光した後方散乱光の光電流ＩｄをトランジスタＴｒ３３で増幅して接触検出電流Ｉ２を取り出している。Ｄ３１、Ｄ３２にロジック信号を印加することで接触検出電流Ｉ２を流す経路を切替え抵抗Ｒ３５、Ｒ３６を選択することが出来る。つまり、電流−電圧変換を行い出力電圧は端子Ｐ３１、端子Ｎ３１となる。つまり、後方散乱光の光量に応じた増幅度を切替える事が可能となる。また、装着状態を検知するための光学式接触検知手段は、図６〜図８に示し発光回路及び受光回路をわざわざ設けなくても、脈拍センサに用いられている発光回路と受光回路をそのまま併用してもよい。
【００４２】
図９は、電極式接触検知センサと光学式接触検知センサを用いて脈拍センサの皮膚への接触状態を検出する処理の流れを示すフローチャートである。まず、脈拍計を手首に装着して所定のボタンスイッチを押すと、装着検出モードとなって装着状態の検出が開始される（ステップＳ１）。次に、電極式接触検知センサによる検出では接触状態にあるか否かが判定される（ステップＳ２）。ここで、電極式接触検知センサによる検出結果が接触状態にあれば（ステップＳ２でＹｅｓ）、さらに、光学式接触検知センサによる検出では接触状態にあるか否かが判定される（ステップＳ３）。ここで、光学式接触検知センサによる検出結果が接触状態にあれば（ステップＳ３でＹｅｓ）、脈拍計は手首に装着されているものと判定する（ステップＳ４）。つまり、電極式接触検知センサと光学式接触検知センサの両センサが共に接触状態にあることを検出したとき、脈拍計は手首に装着されているものと判定する。
【００４３】
また、ステップＳ２で電極式接触検知センサによる検出結果が接触状態になければ（ステップＳ２でＮｏ）、脈拍計は手首に装着されていないものと判定する（ステップＳ５）。さらに、ステップＳ２で電極式接触検知センサによる検出結果が接触状態にあっても、ステップＳ３で光学式接触検知センサによる検出結果が接触状態になければ（ステップＳ３でＮｏ）、脈拍計は手首に装着されていないものと判定する（ステップＳ６）。なお、図９のフローチャートでは、電極式接触検知センサによる検出を先に行い、光学式接触検知センサによる検出を後に行ったが、光学式接触検知センサによる検出を先に行い、電極式接触検知センサによる検出を後に行ってもよい。
【００４４】
つまり、電極式接触検知センサによる検出では生体の水分等の影響を受けやすく、検出光強度の変化から生体の接触の有無を判断する光学式接触検知センサによる検出では検出光強度が生体の状態によって変化するため生体の状態の影響を受ける可能性があるが、電極式接触検知センサと光学式接触検知センサの両方を用いることによってより高精度に接触状態を検出することができる。言い換えれば、何れか一方の方式による接触状態の検出では、装着していても装着していないと判定されたり、確実に装着していなくても装着していると判定されることがあるので、電極式接触検知センサと光学式接触検知センサとを併用して接触状態を検知することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に適用される脈拍計の斜視図および断面図であり、（ａ）は表面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明に適用される脈拍計の回路構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】本発明の脈拍計に用いられる接触状態検出回路の一例である。
【図４】電極端子の装着時間と皮膚抵抗値の推移を示す実測特性図である。
【図５】図３の接触状態検出回路を用いたときの電極端子の装着状態を示す実測特性図である。
【図６】本発明の脈拍計に適用される光学式接触検知センサにおける発光回路図の一例である。
【図７】図６の発光回路におけるＬＥＤ１１からの光の後方散乱光を受光する受光回路の一例である。
【図８】図６の発光回路におけるＬＥＤ１１からの光の後方散乱光を受光する受光回路の他の例である。
【図９】電極式接触検知センサと光学式接触検知センサを用いて脈拍センサの皮膚への接触状態を検出する処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１      脈拍計
２      リストバンド
３      液晶表示部
４      ボタンスイッチ
５      センサユニット
６      電極端子
７      ＬＥＤ（発光素子）
８      ホトダイオード
３１    生体
３１ａ  皮膚
３２    Ａ電極端子
３３    Ｂ電極端子
３４    インバータＩＣ
３５    オペアンプ
ＤＺ１１  ツェナーダイオード
ＬＥＤ１１  ＬＥＤ
Ｔｒ１１，Ｔｒ２１，Ｔｒ３１，Ｔｒ３２，Ｔｒ３３  トランジスタ
ＰＤ２１，ＰＤ３１  ホトダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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