(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
脈拍測定するための所定位置にセットされた指先等の測定部位に対して光を照射する発光手段と、該発光手段から照射されて前記測定部位を透過または反射した光を受光する受光手段と、該受光手段の出力より光電脈波成分を検出する脈波検出手段と、該脈波検出手段の検出した光電脈波に基づいて脈拍数を求める脈拍算出手段とを備えた光電脈波式脈拍測定装置において、
前記脈拍測定するための所定位置に対する前記測定部位の接近離脱動作によって外光による照度が変化する位置に照度センサを配置すると共に、該照度センサが、前記測定部位の接近動作による照度変化を検出した際に脈拍測定動作を開始させ且つ前記測定部位の離脱動作による照度変化を検出した際に脈拍測定動作を終了させる制御手段を設け、
前記制御手段が、等時間隔Ｈ１で前記照度センサの検出する照度値をサンプリングし、サンプリングした最新の照度値を始めとして現時点から過去一定時間Ｈ２内における複数の照度値を記憶する照度検出記憶手段と、
前記照度値のサンプリング毎に、最新の照度値に基づいて、それよりも高い値として第１のしきい値Ｋ１を設定する第１のしきい値設定手段と、
前記サンプリングの間隔Ｈ１よりも長い時間であり且つ前記一定時間Ｈ２を超えない所定時間を測定開始判定時間Ｈ３とし、その測定開始判定時間Ｈ３内に、前記第１のしきい値Ｋ１を上回る照度値から最新の照度値への照度低下があった時、脈拍測定動作を開始する指令を発すると共に、その時の前記第１のしきい値Ｋ１を記憶する開始判定手段と、
前記脈拍測定動作の開始の指令に基づいて脈拍測定を行っている状態で、最新の照度値が上昇し、前記記憶された第１のしきい値Ｋ１を上回った時、脈拍測定動作を終了する指令を発する終了判定手段とを有するものであることを特徴とする光電脈波式脈拍測定装置。
【請求項２】
前記制御手段が、更に、前記脈拍測定動作の開始の指令に基づいて脈拍測定を行っている状態において現在に至る一定時間を測定中断判定時間Ｈ４とし、その測定中断判定時間Ｈ４の開始時の照度値に対応させて、当該照度値とその照度値に対応して設定した第１のしきい値Ｋ１との間の適当な値を第２のしきい値Ｋ２として設定する第２のしきい値設定手段と、
前記脈拍測定動作の開始の指令に基づいて脈拍測定を行っている状態で最新の照度値が上昇し、前記測定中断判定時間Ｈ４内の照度が前記第２のしきい値Ｋ２を上回った時、その直前の脈拍測定結果を保持すると共に、その後の脈拍測定動作を中断する指令を発する測定中断判定手段と、を有することを特徴とする請求項１記載の光電脈波式脈拍測定装置。
【請求項３】
前記制御手段が、更に、前記脈拍測定動作の中断の指令に基づいて脈拍測定を中断した際の前記第２のしきい値より僅かに低い値を第３のしきい値として設定する第３のしきい値設定手段と、
前記脈拍測定動作の中断の指令に基づいて脈拍測定を中断している状態で最新の照度値が前記第３のしきい値Ｋ３を下回った時、脈拍測定を再開する指令を発する再開判定手段と、を有することを特徴とする請求項２記載の光電脈波式脈拍測定装置。
【請求項４】
前記照度センサを第１の照度センサとした場合、前記脈拍測定するための所定位置に対する前記測定部位の接近離脱動作によって外光による照度が影響を受けにくい位置に、外光照度を検出するための第２の照度センサを配置し、前記制御手段が、前記第２の照度センサの検出値を基準にして、前記脈拍測定するための所定位置に対する前記測定部位の接近離脱動作に伴う前記第１の照度センサの検出値に応じて脈拍測定動作の開始及び終了判定を行うことを特徴とする請求項１記載の光電脈波式脈拍測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脈拍を測定しようとする測定部位（体表・指先等）に光（主に赤外光）を照射し、測定部位からの反射光（または透過光）に含まれる光電脈波成分を検出して脈拍数を求める光電脈波式脈拍測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は、この種の脈拍測定装置の一般的構成を示している。
この脈拍測定装置１は、脈拍測定するための所定位置Ａにセットされた測定部位（体表、指先等）２に対して一定強度の光（主に赤外光）Ｌ１を照射する発光部（発光手段）３と、該発光部３から照射されて測定部位２で反射された反射光Ｌ２を受光し電気信号に変換する受光部（受光手段）４と、該受光部４の出力より光電脈波成分を検出する脈波検出回路（脈波検出手段）５と、該脈波検出回路５の検出した脈波信号Ｓ１に基づいて脈拍数を求める脈拍算出手段とを備えている。脈拍算出手段は、ＣＰＵ６の機能の一部として達成される。ここで、透過光を受光する場合は、反射光用の発光部３の代わりに別に設けた発光部３Ｂから測定部位２に光Ｌ３を照射し、測定部位２を透過した透過光Ｌ４を受光部４が受光する。
【０００３】
脈波検出回路５は、受光部４からの信号に含まれる脈波成分（光電脈波）を抽出・増幅・波形成形した脈波信号Ｓ１をＣＰＵ６に入力する。ＣＰＵ６は、ＲＯＭ７に格納された動作プログラムに基づいて動作し、脈波検出回路６から出力される脈波信号Ｓ１の検出間隔（所定時間の検出回数）から脈拍数を算出する他、脈拍測定に関わる全ての動作を制御する。なお、脈拍とは、所定時間内の脈波をカウントしたものである。ＣＰＵ６には、ＣＰＵ６の動作プログラムを格納するＲＯＭ７、ＣＰＵ６からのデータ類を一時的に格納するＲＡＭ８、脈拍測定の開始／終了を含めた脈拍測定装置の動作を指令する操作スイッチ９、測定された脈拍数などを表示する表示装置１０等が接続されている。また、装置内の電源回路１１は、ＣＰＵ６の制御により各回路等に電源を供給する役目を果たす。
【０００４】
この脈拍測定装置の動作について説明する。
脈拍の測定を行う場合は、測定部位２である指先等を、測定装置１の脈拍測定を行うための所定位置（発光部３、３Ｂからの光を受ける位置であり、通常は窓があいている）に載せ、そして操作スイッチ９をＯＮする。そうすると、発光部３から照射された光が、測定部位２にて反射されて受光部４に達する。透過光を利用する場合は、発光部３Ｂからの光は、測定部位２を透過した後、受光部４に達する。発光部３、３Ｂの発光光量は一定、途中の光路の損失も一定であり、測定部位２を通過する際に血液中のヘモグロビンにより吸光作用が起こるため、実際に受光部４に到達する光の強度は、測定部位２を流れる血流に応じて変動することになる。この変動成分（光電脈波）が、脈拍検出回路５にて抽出・増幅・波形成形され、脈波信号Ｓ１としてＣＰＵ６に入力される。ＣＰＵ６は、ＲＯＭ７に格納された動作プログラムに従って、脈波信号Ｓ１の検出間隔から脈拍数を算出し、測定結果を表示装置１０に表示する。測定が終ったら、操作スイッチ９をＯＦＦする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の脈拍測定装置では、脈拍測定の開始と終了を、操作スイッチ９のＯＮ／ＯＦＦで行っているが、測定のたびにＯＮ／ＯＦＦするのは操作が面倒であり、時にスイッチを切り忘れる問題があった。
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮し、脈拍測定動作の開始と終了を、例えば測定部位である指先を測定場所（窓部等）に載せるだけで、自動で行えるようにした光電脈波式脈拍測定装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、脈拍測定するための所定位置にセットされた指先等の測定部位に対して光を照射する発光手段と、該発光手段から照射されて前記測定部位を透過または反射した光を受光する受光手段と、該受光手段の出力より光電脈波成分を検出する脈波検出手段と、該脈波検出手段の検出した光電脈波に基づいて脈拍数を求める脈拍算出手段とを備えた光電脈波式脈拍測定装置において、前記脈拍測定するための所定位置に対する前記測定部位の接近離脱動作によって外光による照度が変化する位置に照度センサを配置すると共に、該照度センサが、前記測定部位の接近動作による照度変化を検出した際に脈拍測定動作を開始させ且つ前記測定部位の離脱動作による照度変化を検出した際に脈拍測定動作を終了させる制御手段を設けたことを特徴とする。
【０００８】
ここで、説明の便宜上、前記受光手段を中心とした部分（発光手段を含めてもよい）は、測定部位（指先等）からの光電脈波を直接検出する部分であるから、以下においては、分かりやすい用語として「脈波センサ」と呼ぶこともある。また、この脈波センサに付随して、光を通すための窓部をケースに開け、その窓部に指先等の測定部位を載せて脈拍測定を行うのが一般的であるから、照度センサを配置した位置を「脈波センサ窓部近傍」ということもある。また、「指先等の測定部位を脈拍測定するための所定位置に近づけて載せる」ことを「指先を近づけて脈波センサ窓部を閉鎖する」と言ったり、「測定部位を脈拍測定するための所定位置から離す」ことを「指先を離して脈波センサ窓部を開放する」と言ったりすることもある。
【０００９】
請求項１の発明では、測定部位（指先等）を、脈拍測定するための所定位置（脈波センサ窓部）に接近させると、脈拍センサ窓部近傍に設けられている照度センサに入射する外光光量が減少するので、制御手段がそれを検知して脈拍測定動作を開始させる。一方、その状態から測定を終えるために測定部位を離脱させると、脈波センサ窓部近傍の照度センサに入射する外光光量が増大するので、制御手段がそれを検知して脈拍測定動作を終了させる。このように、測定部位の接近及び離脱によって脈拍測定動作が自動で開始したり終了したりするので、いちいち操作スイッチによりＯＮ／ＯＦＦを指令する必要がなくなる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１において、前記制御手段が、等時間隔Ｈ１で前記照度センサの検出する照度値をサンプリングし、サンプリングした最新の照度値を始めとして現時点から過去一定時間Ｈ２内における複数の照度値を記憶する照度検出記憶手段と、前記照度値のサンプリング毎に、最新の照度値に基づいて、それよりも高い値として第１のしきい値Ｋ１を設定する第１のしきい値設定手段と、前記サンプリングの間隔Ｈ１よりも長い時間であり且つ前記一定時間Ｈ２を超えない所定時間を測定開始判定時間Ｈ３とし、その測定開始判定時間Ｈ３内に、前記第１のしきい値Ｋ１を上回る照度値から最新の照度値への照度低下があった時、脈拍測定動作を開始する指令を発すると共に、その時の前記第１のしきい値Ｋ１を記憶する開始判定手段と、前記脈拍測定動作の開始の指令に基づいて脈拍測定を行っている状態で、最新の照度値が上昇し、前記記憶された第１のしきい値Ｋ１を上回った時、脈拍測定動作を終了する指令を発する終了判定手段と、を有することを特徴とする。
【００１１】
一般に脈拍測定装置の設置される環境における外光照度は、種々の条件（例えば人工的要因など）により変動する。従って、一定の基準照度（しきい値）に照らして、指先等の接近離脱動作による照度変化を比較してみても、適正なＯＮ／ＯＦＦ制御を行えない可能性がある。例えば、指先が脈波センサ窓部に接近〜接触する過程で発生する脈波センサ窓部近傍の照度低下量が、照度低下を開始する時点の照度に対応するしきい値を下回るか否かで測定開始の判断を行うようにした場合、人工的要因等による外光照度の変動と、測定部位の接近〜接触による照度変動とを判別しにくいため、特に手暗がり等の条件下では、ＯＮ／ＯＦＦの迷動を防ぐのが難しい。
【００１２】
そこで、請求項２の発明では、まず、等時間隔Ｈ１で照度センサの検出照度値をサンプリングし、現在に至る過去一定時間Ｈ２内の照度値データを逐次更新・記憶しておく。そして、新たな照度値のサンプリング毎に、現在の最新の照度値に基づいて、それよりも高い値を、脈拍開始判定を行うための判定値である第１のしきい値として設定し、現在に至る所定の測定開始判定時間Ｈ３内に、第１のしきい値Ｋ１を上回る照度値から現在の照度値への照度低下があった時に初めて、脈拍測定動作を開始する指令を発するようにしている。
【００１３】
ここで重要なことは、先に過去のデータ（例えば照度低下を開始し始めた時点の照度値）から第１のしきい値を設定しておいて、そのしきい値よりも照度値が低下したら開始指令を発するのではなく、開始するか否かを判定する現時点での照度値（つまり照度低下の終点のデータ）に応じてしきい値を設定し、現在に至る所定の測定開始判定時間Ｈ３内にそのしきい値を上回る照度値から現在の照度値への照度低下があった時に、脈拍測定動作を開始する指令を発するようにしていることである。このように、脈拍開始判定を行うしきい値を、開始判定を行う現時点（照度低下の終点時）の照度値に基づいて設定することにより、外光照度の変動に応じた開始判定の誤動作を防止することができる。
【００１４】
また、現在の照度値に基づいて第１のしきい値を設定すると、脈波センサ窓部を閉鎖して測定を行っている状態から照度値が徐々に変化するような場合（つまり、ゆっくりと指先を離していくような場合）、しきい値も一緒に変化してしまい、適正な終了判定ができなくなるおそれがある。
【００１５】
そこで、請求項２の発明では、脈拍測定の開始判定を行った際に使用した第１のしきい値Ｋ１を記憶しておき、脈拍測定を行っている状態で、最新の照度値が上昇し、記憶してある第１のしきい値Ｋ１を上回った時に、脈拍測定動作を終了する指令を発するようにしている。このように、脈拍測定動作の開始判定を行った際のしきい値を記憶しておいて、そのしきい値に基づいて終了判定を行うことにより、適正に測定動作を終了させることができる。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項２において、前記制御手段が、更に、前記脈拍測定動作の開始の指令に基づいて脈拍測定を行っている状態において現在に至る一定時間を測定中断判定時間Ｈ４とし、その測定中断判定時間Ｈ４の開始時の照度値に対応させて、当該照度値とその照度値に対応して設定した第１のしきい値Ｋ１との間の適当な値を第２のしきい値Ｋ２として設定する第２のしきい値設定手段と、前記脈拍測定動作の開始の指令に基づいて脈拍測定を行っている状態で最新の照度値が上昇し、前記測定中断判定時間Ｈ４内の照度が前記第２のしきい値Ｋ２を上回った時、その直前の脈拍測定結果を保持すると共に、その後の脈拍測定動作を中断する指令を発する測定中断判定手段と、を有することを特徴とする。
【００１７】
一般に測定終了のため脈波センサ窓部から指先を離す際には、光電脈波のノイズにより、脈拍測定値が不正な値で更新される可能性がある。そこで、請求項３の発明では、その影響が出ないように、終了判定を行う前段階、つまり、終了判定を行うためのしきい値（記憶してある第１のしきい値）よりも小さい第２のしきい値を検出照度値が上回った段階で、一旦測定中断の判定を下し、その測定中断の直前の脈拍測定結果を保持するようにしている。つまり、この発明では、測定開始後も絶えず脈波センサ窓部近傍の照度変化を監視して、測定動作の終了に備えているのであるが、脈波センサ窓部近傍の照度が一定量以上上昇して第２のしきい値を超えた時点で、第１のしきい値に基づいて測定終了の判定を下すのに先立って、測定を一旦中断し、中断する直前の測定結果を保持するようにしているのである。
【００１８】
このような測定動作終了前の測定中断の判定は、指先がセンサ窓部から大きく離れる前に行われることになるため、測定結果にノイズの影響が出にくくなる。そして、最終的な測定終了の判定は、第２のしきい値よりも大きい、予め記憶された第１のしきい値を検出照度値が上回った時に行われる。
【００１９】
なお、この制御において測定中断の判定は、その時点に至る一定の測定中断判定時間Ｈ４内において検出照度値が第２のしきい値を超えたかどうかで行われ、測定中断判定時間Ｈ４を超えた時間で検出照度値が第２のしきい値を超えたとしても行われないことになる。そこで、測定中断判定時間Ｈ４は、ノイズを含んだ状態で脈拍測定値の更新が行われない範囲内の値で、且つ、測定部位の離脱の際の脈波センサ窓部近傍の照度上昇過程において測定終了前に照度が第２のしきい値を上回ることが確実に判別可能な適切な値に設定する。また、第２のしきい値は、測定中断判定時間Ｈ４の開始時の照度値に対応させて、当該照度値と、その照度値に対応して設定した第１のしきい値〔この第１のしきい値は、終了判定に使用する第１のしきい値（開始判定時に記憶されたもの）とは違う〕との間の適当な値に設定する。
【００２０】
請求項４の発明は、請求項３において、前記制御手段が、更に、前記脈拍測定動作の中断の指令に基づいて脈拍測定を中断した際の前記第２のしきい値より僅かに低い値を第３のしきい値として設定する第３のしきい値設定手段と、前記脈拍測定動作の中断の指令に基づいて脈拍測定を中断している状態で最新の照度値が前記第３のしきい値Ｋ３を下回った時、脈拍測定を再開する指令を発する再開判定手段と、を有することを特徴とする。
【００２１】
前記請求項３の発明における測定中断の判定機能は、測定中の脈波センサ窓部と測定部位との接触状態（必ずしも接触でなくても可）の監視にも利用可能である。例えば、測定中に両者の接触が不完全になって、脈波センサ窓部近傍の照度が一定量以上上昇した場合にも、請求項３の発明の機能によれば、測定が中断される。しかし、このまま中断されたままであると、その後、正しく接触が行われるようになった場合にも、測定が再開されないことになる。そこで、請求項４の発明では、不完全な接触状態が解消されて、適正な接触状態が確保されたら、測定が再開されるようにしている。即ち、測定中断の状態から、検出照度値が一定の条件を満たす値に復帰した際には測定を再開する。
【００２２】
請求項５の発明は、請求項１において、前記照度センサを第１の照度センサとした場合、前記脈拍測定するための所定位置に対する前記測定部位の接近離脱動作によって外光による照度が影響を受けにくい位置に、外光照度を検出するための第２の照度センサを配置し、前記制御手段が、前記第２の照度センサの検出値を基準にして、前記脈拍測定するための所定位置に対する前記測定部位の接近離脱動作に伴う前記第１の照度センサの検出値に応じて脈拍測定動作の開始及び終了判定を行うことを特徴とする。
【００２３】
この発明では、脈波センサ窓部に対する測定部位の接近離脱動作に影響されにくい位置に、常時、外光照度を検出する第２の照度センサを設け、その第２の照度センサで検出した外光照度に応じて決めたしきい値と、第１の照度センサで検出した脈波センサ近傍部の照度値との比較により、測定の開始／終了の判断を行うようにしている。従って、照度センサを２個使用するものの、人工的要因等による外光照度の変動の影響を受けずに、脈拍測定動作のＯＮ／ＯＦＦ制御を適正に行うことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、既に説明した要素については、図中に同一符号を付すことにより、説明を簡略化する。
【００２５】
図１は実施形態の脈拍測定装置Ｍの構成を示すブロック図、図２は脈波センサ窓部２１と、脈波センサ２２と、測定部位２である指先との関係を示す断面図である。この脈拍測定装置Ｍは、外装体としてのケース２０の上面に、脈波センサ窓部２１を有している。この脈波センサ窓部２１には、例えば透明なガラスが嵌められており、被検者は、測定部位２である指先等をこの窓部２１に載せることで脈拍測定を行う。そのため、窓部２１の外面位置が、脈拍測定するための所定位置に相当する。
【００２６】
窓部２１の内側には脈波センサ２２が配置されている。脈波センサ２２は、窓部２１に載せられた測定部位２に対して一定強度の光（主に赤外光）を照射する発光部（発光手段）３と、該発光部３から照射されて測定部位２で反射された反射光を受光して電気信号に変換する受光部（受光手段）４とを含んで構成されている。発光部３としては、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）が使用できる。受光部４の出力信号は脈波検出回路（脈波検出手段）５に入力され、ここで光電脈波成分を抽出・増幅・波形成形して生成された脈波信号Ｓ１はＣＰＵ６に入力される。
【００２７】
ＣＰＵ６は、ＲＯＭ７に格納された動作プログラムに基づいて動作し、脈波検出回路６から送られてくる脈波信号Ｓ１の検出間隔（所定時間の検出回数）から脈拍数を算出する。なお、透過光を使用して脈拍を測定する場合は、受光部４に対向させて透過光用の発光部３Ｂを設ける。ＲＯＭ７の他、ＲＡＭ８、操作スイッチ９、表示装置１０は、図１５のものと同じようにＣＰＵ６に付属している。また、乾電池等よりなる電源回路１１が付属している。この電源回路１１は、ＣＰＵ６により電源供給が制御される。
【００２８】
また、この脈拍測定装置Ｍでは、新たに、脈波センサ２２の近傍位置に、可視光を検出可能な照度センサ２５を設けている。この照度センサ２５は、脈拍測定するために脈波センサ窓部２１に測定部位２を接近させたり窓部２１から離脱させたりする動作によって外光による照度が変化する位置に設けられており、測定部位２の接近離脱動作による脈波センサ窓部２２近傍の照度変化を検出する。この照度センサ２５は、前記受光部４と同様の例えばフォトダイオードやフォトトランジスタ等の受光素子からなる。なお、脈波センサ２２の中に、受光部４や発光部３と一緒に照度センサ２５を配置してもよいし、信号処理などを工夫することにより、受光部４で照度センサ２５を兼用することも可能である。また、発光部３、受光部４、照度センサ２５の配置や順序は任意に決めてよい。
【００２９】
照度センサ２５の出力は、照度測定回路２６に入力される。照度測定回路２６は、照度センサ２５の出力信号を所定レベルまで増幅し、Ａ／Ｄコンバータ２７を介して、ＣＰＵ６に入力させる。照度センサ２５は、広範なダイナミックレンジを持つ外光照度を検出するため、照度測定回路２６は、照度センサ２５の出力信号レベルを対数圧縮してＡ／Ｄコンバータ２７に入力させる。そのため、照度測定回路２６は、回路構成として対数増幅回路を採用している。これにより、広範なダイナミックレンジを持つ外光照度を、十分な測定精度で測定することができる。そして、ＣＰＵ６は、照度センサ２５の検出信号の変化に基づいて脈拍測定のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。
【００３０】
次に上記脈拍測定装置Ｍの制御の内容と動作について説明する。ここでは、まず、図３及び図４を用いて制御の大まかな内容を説明する。図３（ａ）〜（ｄ）は脈拍測定装置Ｍに対するいつくかの状態を示している。
【００３１】
（ａ）は脈波センサ窓部２１に測定部位２である指先が接触していない状態を示している。この状態では、脈波センサ窓部２１が開放であるため、脈波センサ２２窓部近傍〔照度センサ２５の配置されている辺りを指す＝以降のおいては「脈波センサ２２近傍（部）」とも言う〕の照度は、脈拍測定装置Ｍの周囲の外光照度に依存した値となる。
【００３２】
（ｂ）は脈波センサ窓部２１に測定部位２である指先が接触した状態を示している。この状態では、脈波センサ窓部２１が測定部位２で塞がれるため、窓部２１を通しての外光の侵入が遮断され、脈波センサ２２近傍の照度が低下する。この場合、測定部位２である指先の内部を貫通する光や側方からの漏洩光などにより、脈波センサ２２近傍の照度は完全にはゼロとならず、受光照度は落ちるものの外光照度に依存した値となる。
【００３３】
（ｃ）は脈拍測定が開始された状態を示している。ＣＰＵ６は、脈波センサ２２近傍の照度の減少から、脈波センサ窓部２１への測定部位２の接触を認識し、脈拍測定を開始する。即ち、発光部３及び脈波検出回路５への電源供給をＯＮとし、発光部３から赤外光を発光して測定部位２に照射し、測定部位２からの反射光を受光部４で受光し、その信号に含まれる光電脈波から脈拍を測定する。
【００３４】
（ｄ）は脈波センサ窓部２１から測定部位２を離脱させた状態を示している。測定部位２が脈波センサ窓部２１から離脱すると、窓部２１が開放されるので、脈波センサ２２近傍の照度は外光照度に近い値まで上昇する。ＣＰＵ６は、脈波センサ２２近傍の照度の上昇から、測定部位２の窓部２１からの離脱を認識し、発光部３、脈波検出回路５の電源をＯＦＦとし、脈拍測定を終了する。
【００３５】
また、ＣＰＵ６は、脈拍測定を終了する前段階において、脈波センサ２２近傍部の照度の上昇量が一定の値に達したと判断したとき、直前の脈拍測定結果を保持して、脈拍の測定を中断する。
【００３６】
また、図５に示すように、測定中に脈波センサ窓部２１に対する測定部位２の接触が不完全になった時は、ＣＰＵ６は次のように制御する。まず、脈波センサ２２近傍の照度の上昇量が一定の値に達したとき、脈波センサ窓部２１と測定部位２との接触が不完全な状態であると判断し、直前の測定結果を保持して、脈拍測定を中断する。そして、この状態から脈波センサ２２近傍の照度が一定量低下したときは、脈波センサ窓部２１と測定部位２とが正常な接触状態に復帰したと判断し、脈拍測定を再開する。
【００３７】
なお、これらの制御において、判断基準のためのしきい値は全て、測定を開始する時点の外光照度を参照して自動設定される。
【００３８】
次に測定開始の判定を行うための制御原理について説明する。
図５は２つのグラフ（ａ）、（ｂ）を合わせて示している。左のグラフ（ａ）において、直線Ｐは、脈波センサ窓部２１が開放（測定部位２が窓部２１に非接触）された状態での脈波センサ２２近傍部の照度変化を示す。脈波センサ２２近傍部の照度は、外光照度に依存して変化する。また、直線Ｑは、脈波センサ窓部２１が閉鎖（測定部位２が窓部２１に接触）状態での脈波センサ２２近傍部の照度変化を示す。外光照度の上昇に伴い、測定部位２を貫通する光や接触部分の漏洩光等も光量が増すため、この直線Ｑも外光照度に依存して変化する。
【００３９】
このグラフにおいて、Ｂは、外光照度Ａのときの脈波センサ窓部２１開放時の脈波センサ２２近傍部の照度である。また、Ｃは、外光照度Ａのときの脈波センサ窓部２１閉鎖時の脈波センサ２２近傍部の照度である。外光照度がＡのとき、測定部位２を脈波センサ窓部２１に接触させると、脈波センサ２２近傍部の照度がＢからＣに減少する。右のグラフ（ｂ）はその様子を、時間経過を横軸にして表している。
【００４０】
ここで、第１の実施形態として示す制御例では、測定開始を決定する第１のしきい値Ｋ１を、脈波センサ窓部２１開放時（窓部閉鎖時ではない）の脈波センサ２２近傍部の照度を参照し、予め決められたルールに従い自動決定している。この第１のしきい値Ｋ１は、グラフ（ａ）に示すように、外光照度に応じて変化する。グラフ（ａ）において、Ｄは、外光照度Ａのときの第１のしきい値である。グラフ（ｂ）に示すように、外光照度Ａのとき、脈波センサ２２近傍部の照度がＤのレベルを下回ったとき、測定部位２の脈波センサ窓部２１への接触と認識して、脈拍測定を開始する。なお、脈拍測定の動作の内容は先に述べたものと同じであり、ここでは説明を省略する。
【００４１】
ところで、検討した結果、前記の開始判定方法には、次のような問題があることが分かった。即ち、前記の方法は、測定部位２が窓部２１に接近〜接触する過程で発生する脈波センサ２２近傍部の照度低下量が、照度低下を開始する時点の照度値に対応して設定した第１のしきい値Ｋ１を下回るか否かで、測定開始の判断を行うようにしている。しかし、この方法であると、外光照度の変動により測定開始判定が適正に行われない場合があり得ることが分かった。
【００４２】
例えば、人工的要因等による外光照度の変動がある場合、外光照度の変動と、測定部位２の窓部２１への接近〜接触による照度低下との判別が困難・不可能であり、このため手暗がり等による迷動を防ぐのが難しい。また、脈波センサ２２近傍部が照度低下を開始する時点の確定が難しく、この開始時点の外光照度に応じて第１のしきい値Ｋ１を決めているので、適切なしきい値が設定されない可能性がある。そのため、適正な開始判定がなされない可能性がある。
【００４３】
それを解消する方法として、図６に示す装置のように、脈波センサ２２の近傍で且つ測定部位２の接近〜接触動作に全く影響されない位置に、前記の照度センサ（第１の照度センサ）２５と同じ特性を持つ別の照度センサ（第２の照度センサ）３０と、その受光窓３１を設け、その第２の照度センサ３０で現在の外光照度を常時観測し、第１の照度センサ２５で測定した脈波センサ２２近傍部の照度値が、別途設けた第２の照度センサ３０で測定した現在の外光照度に対応して決めた測定開始判定のための第１のしきい値以下に減少したことをもって、測定開始の判断をする、というものが考えられる（第２の実施形態）。
【００４４】
ここで、脈波センサ窓部２１と、別途設けた第２の照度センサ３０の窓部（受光窓３１）は互いに近傍に位置するため、両者で測定される外光照度は、ほぼ同一であると見ることができる。従って、ここでしきい値の設定のために参照する外光照度の変動は、測定開始判定にほとんど影響を及ぼさないことになる。
【００４５】
しかし、この方法の場合、照度センサ２５、３０が２個必要であり、コスト面や構造面で不利である。また、２つの照度センサ２５、３０の特性が、装置の使用可能外光照度範囲内の全域でほぼ一致している必要があるため、調整及び性能の確認作業が繁雑になるというデメリットもある。
【００４６】
そこで、第３の実施形態の脈拍測定装置では、図６の例のようなハード的な工夫ではなく、ソフト的な処理により、前記の問題をクリアした。つまり、第３の実施形態では、図１に示すように１個の照度センサ２５及び１個の照度測定回路２６を用いた構造で、ＣＰＵ６の処理の仕方に工夫を加えることにより、人工的要因等による外光照度の変動に影響されない脈拍開始／終了制御ができるようにした。
【００４７】
以下、その制御内容について詳しく説明する。
まず、この制御においては、ＣＰＵ（制御手段に相当）６は、図７に示すように、等時間隔Ｈ１で照度センサ２５の検出する照度値（脈波センサ近傍部照度）をサンプリングし、サンプリングした最新の照度値を始めとして現時点から過去一定時間（直近の過去一定時間）Ｈ２内における複数の照度値データ（図示例では、ｎ−６〜ｎのデータ）を更新・記憶する。次に、ＣＰＵ６は、サンプリング間隔Ｈ１よりも長い時間であり且つ前記一定時間Ｈ２を超えない所定時間を測定開始判定時間Ｈ３とし、図８に示すように、その測定開始判定時間Ｈ３内における照度変化量Ｕを求める。ここでは、Ｈ２＝Ｈ３としてある。
【００４８】
また、ＣＰＵ６は、照度値のサンプリング毎に、最新（現在時刻）の照度値に基づいて、それよりも高い値として第１のしきい値Ｋ１を設定する。この第１のしきい値Ｋ１は、脈拍測定開始判定のための基準値であり、外光照度に依存する値として定める。図９（ａ）に示す左側のグラフは、外光照度と、脈波センサ窓部開放時の脈波センサ近傍部照度Ｐ及び脈波センサ窓部閉鎖時の脈波センサ近傍部照度Ｑの関係、並びに、Ｑの値の変化に応じて決定される第１のしきい値Ｋ１の関係を示す。
【００４９】
脈波センサ窓部２１に指先等の測定部位２を接触させて窓部２１を閉鎖したときの脈波センサ近傍部照度Ｑは、個人差などにより多少のばらつきを示す。第１のしきい値Ｋ１は、窓部２１を開放しているときの照度が、窓部２１を開から閉へ操作することによってどこまで下がったかをもって決定するもの（つまり開始判定を行う時点の照度値に基づいて決定するもの）であるため、Ｑの値のばらつきによる影響を考慮して決定する。また、図９（ｂ）に示す右側のグラフは、外光照度がＡであるときの、脈波センサ近傍部の照度変化（窓部開→閉の変化）の例を示している。
【００５０】
次に第１のしきい値Ｋ１を使用して行う測定開始判定の内容を説明する。
ＣＰＵ６は、測定開始判定時間Ｈ３内に、第１のしきい値Ｋ１を上回る照度値から最新の照度値への照度低下があった時、脈拍測定動作を開始する指令を発して具体的な測定動作（発光部３や脈波測定回路５に電源を供給する等）を開始させると共に、その時に使用した第１のしきい値Ｋ１を記憶する。
【００５１】
図１０を用いて、測定動作を開始すると判定する場合と、開始しないと判定する場合の例を説明する。ここでは、２つの異なる外光照度Ａ、Ｂの場合について述べる。（ａ）のグラフは、脈波センサ窓部２１に測定部位２を載せたときの照度Ｑと第１のしきい値Ｋ１の関係を示し、（ｂ）のグラフは、外光照度がＡ、Ｂのときの照度変化の各例（Ａ−１）、（Ａ−２）、（Ｂ−１）、（Ｂ−２）を示す。
【００５２】
（Ａ−１）のケースでは、照度値が、測定開始判定時間Ｈ３内に第１のしきい値Ｋ１を上回ったレベルから現在の値（外光照度ＡのときのＱの値）まで低下してきている。従って、測定開始の判定を下す。
【００５３】
（Ａ−２）のケースでは、照度値が、測定開始判定時間Ｈ３内に第１のしきい値Ｋ１より低いレベルから現在の値（外光照度ＡのときのＱの値）まで低下してきている。従って、第１のしきい値Ｋ１を上回った値からの照度低下ではないから、測定開始の判定を下さない。
【００５４】
（Ｂ−１）のケースでは、照度値が、測定開始判定時間Ｈ３内に第１のしきい値Ｋ１を上回ったレベルから現在の値（外光照度ＢのときのＱの値）まで低下してきている。従って、測定開始の判定を下す。
【００５５】
（Ｂ−２）のケースでは、照度値が、測定開始判定時間Ｈ３内に第１のしきい値Ｋ１より低いレベルから現在の値（外光照度ＢのときのＱの値）まで低下してきている。従って、第１のしきい値Ｋ１を上回った値からの照度低下ではないから、測定開始の判定を下さない。
【００５６】
別の言い方をすると、現在の照度値に至る直前の規定時間（測定開始判定時間Ｈ３）内の照度変化量が、現在の照度値（外光照度に依存）で決まる所定値（現在の照度値と第１のしきい値Ｋ１との差）よりも大きいときに、測定開始の判定を下す。
【００５７】
図１１は、測定開始の判定がどのタイミングで行われるかの例を示している。左側の（ａ）のグラフは、脈波センサ近傍部の照度と第１のしきい値Ｋ１の関係を示し、右側の（ｂ）のグラフは、実際に脈波センサ窓部２１に対して測定部位２を載せたときの照度変化を示す。脈波センサ窓部２１に対して測定部位２を載せたとき、窓部２１は徐々に塞がれることになるので、照度値は右下がりに変化する。（ｂ）に示すように、第１のしきい値Ｋ１は、検出した時点の照度値に応じて変化する。いま、照度値が、測定部位２の脈波センサ窓部２１への接触に伴って右下がりに変化しているので、第１のしきい値Ｋ１も右下がりに追従して変化している。
【００５８】
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅはサンプリングのタイミングであり、各タイミングで、照度値が検出され、その照度値に基づいて第１のしきい値Ｋ１が設定され、その第１のしきい値Ｋ１を基準にして測定開始の判定がなされる。例えば、Ａ点では測定開始判定時間Ｈ３内の照度変化量がＵＡ、Ｂ点では測定開始判定時間Ｈ３内の照度変化量がＵＢ、Ｃ点では測定開始判定時間Ｈ３内の照度変化量がＵＣ、Ｄ点では測定開始判定時間Ｈ３内の照度変化量がＵＤ、Ｅ点では測定開始判定時間Ｈ３内の照度変化量がＵＥと算出される。
【００５９】
そして、現在の照度値（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅのタイミングでの照度値）までの照度低下が、第１のしきい値Ｋ１を上回ったレベルからのものであったことが検出されたとき（つまり、ＵＡ、ＵＢの変化はそれに該当せず、ＵＣの変化が初めてそれに該当する）、脈波センサ窓部２１へ測定部位２が確実に接触したと認識し、測定開始の判定を下す。
【００６０】
いったん測定開始の判定が下されて測定動作が開始すると、ＣＰＵ６は、測定終了の判定に備えて照度値を常時観測する。次に測定終了の判定の仕方を説明する。
【００６１】
図１２に示すように、基本的に、ＣＰＵ６は、脈拍測定動作の開始の指令（図のＸ１のタイミングで出される）に基づいて脈拍測定を行っている測定中の状態で、最新の照度値が上昇し、予め測定開始時に記憶しておいた第１のしきい値Ｋ１を上回ったと判断した時（図のＸ２のタイミング）、脈拍測定動作を終了する指令を発して、具体的な測定動作（発光部３や脈波測定回路５に電源を供給する等）を終了させる。
【００６２】
ここで、測定の終了に備えてＣＰＵ６は、実際の終了判定の直前に測定中断の判定を下し、直前の脈拍測定値を記憶する処理を行う。これは、脈波センサ窓部２１から測定部位２を離脱させた際のノイズ（雑音等）により、測定終了直前の脈拍測定値に影響を及ぼさないようにするための措置である。
【００６３】
そのために、ＣＰＵ６は、まず、測定中断の判定基準となる第２のしきい値Ｋ２を設定する。その場合、脈拍測定動作の開始の指令に基づいて脈拍測定を行っている状態において現在に至る一定時間を測定中断判定時間Ｈ４とし、その測定中断判定時間Ｈ４の開始時の照度値に対応させて、当該照度値と、その照度値に対応して設定した第１のしきい値Ｋ１との間の適当な値を第２のしきい値Ｋ２として設定する。
【００６４】
例えば、図１３に示すように、第２のしきい値Ｋ２は、測定中断判定時間Ｈ４の開始時の照度値と、それに対する第１のしきい値Ｋ１との差Ｙの２／３よりも低い値に設定する。
【００６５】
そして、脈拍測定動作の開始の指令に基づいて脈拍測定を行っている状態で、最新の照度値が上昇し、測定中断判定時間Ｈ４内の照度が第２のしきい値Ｋ２を上回った時、その直前の脈拍測定結果を保持すると共に、その後の脈拍測定動作を中断する。この段階では、脈拍測定回路５の電源はＯＦＦとせず、いつでも測定再開可能な状態を保つ。ここで、更に脈波センサ近傍部の照度が上昇し、測定開始時の第１のしきい値Ｋ１を上回ったときは測定を終了し、脈拍測定回路５の電源をＯＦＦする（図１２参照）。
【００６６】
このように、測定動作の終了前に測定を中断することにより、脈波センサ窓部２１から測定部位２を離脱させた際に生じる光源脈波のノイズによる脈拍測定値の不正な更新が防止される。
【００６７】
なお、終了前の確実な測定中断を実現するために、測定中断判定時間Ｈ４は、ノイズを含んだ状態で脈拍測定値の更新が行われない範囲内の値で、且つ、測定部位の離脱の際の脈波センサ窓部近傍の照度上昇過程において測定終了前に照度が第２のしきい値Ｋ２を上回ることが確実に判別可能な適切な値に設定する必要がある。
【００６８】
ところで、前記の測定中断の機能は、脈波センサ窓部２１に対する測定部位２の不完全な接触状態を検出する機能としても利用することができる。例えば、測定中に、両者の接触が不完全になって、脈波センサ近傍部の照度が一定量以上上昇した場合（第２のしきい値Ｋ２を超えた場合）、直前の測定結果を保持して測定動作を停止させることができる。
【００６９】
このような不完全接触の場合、照度値が一定の条件を満たす値に復帰したときには測定を再開する必要がある。そこで、ＣＰＵ６は、測定再開を判定するための基準値として第３のしきい値Ｋ３を設定している。第３のしきい値Ｋ３は、図１４に示すように、脈拍測定動作の中断の指令に基づいて脈拍測定を中断した際の前記第２のしきい値Ｋ２よりも僅かに低い値として設定する。
【００７０】
そして、ＣＰＵ６は、脈拍測定動作の中断の指令（図のＸ３のタイミングで出される）に基づいて脈拍測定を中断している状態で、最新の照度値が第３のしきい値Ｋ３を下回った時（図のＸ４のタイミング）、脈拍測定を再開する指令を発する。
【００７１】
以上のように、本脈拍測定装置は、被検者が指先等の測定部位２を脈波センサ窓部２１に接触・離脱させるだけで、外光照度の変動する条件下でも、自動的に脈拍測定動作を開始させたり終了させたり中断させりすることができるので、操作性が向上する。また、導電部材が露出しがちな電気的切り替えスイッチを用いずに、光デバイスを用いているので、比較的密閉が容易であり、防水構造を取りやすく、プール等に設置する場合に有用である。
【００７２】
なお、脈拍検出に関して言えば、測定した脈拍数に応じて脈波のサンプリング数を変更してもよい。例えば、低い脈拍数のときはサンプリング数を少なくし、高い脈拍数のときはサンプリング数を多くすることで、測定精度を高めることができる。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、指先等の測定部位を脈拍測定するために測定装置の所定位置（例えば窓部）に接近（または接触）させるだけで、脈拍測定動作を自動的に開始させることができるし、測定部位を所定位置から離すだけで、脈拍測定動作を自動的に終了させることができる。従って、操作性が良くなると共に、無駄な電源エネルギを極力減らせる。また、請求項２の発明によれば、人的要因等による外光照度の変動があっても、適正な開始／終了制御を行うことができる。また、請求項３の発明によれば、測定終了時のノイズの影響を防止して、測定終了後も最後に測定された測定値を正しく表示し続けることができる。また、請求項４の発明によれば、測定部位の不完全接触にも対応できる。また、請求項５の発明のように、照度センサを２つ設けることにより、ソフト的な対策によらずに、請求項２の発明と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の光電脈波式脈拍測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】同装置の要部概念図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は同装置の作用説明図である。
【図４】同装置の別の作用説明図である。
【図５】同装置の制御内容の説明図で、（ａ）は外光照度に対する脈波センサ近傍部照度と第１のしきい値の関係を示すグラフ、（ｂ）は脈波センサ近傍部の照度変化を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態の光電脈波式脈拍測定装置の要部概念図である。
【図７】本発明の第３実施形態の制御内容を説明するための図で、脈波センサ近傍部の照度変化と照度値のサンプリングの方法を示す図である。
【図８】同制御内容の説明図で、測定開始判定時間Ｈ３内の照度変化量Ｕの捉え方を示す図である。
【図９】同制御内容の説明図で、（ａ）は外光照度に対する脈波センサ近傍部照度と第１のしきい値の関係を示すグラフ、（ｂ）は照度変化を示すグラフである。
【図１０】同制御内容の説明図で、（ａ）は外光照度に対する脈波センサ近傍部照度と第１のしきい値の関係を示すグラフ、（ｂ）はどのような照度変化があった場合に測定開始の判定を下すか下さないか、その例を示すグラフである。
【図１１】同制御内容の説明図で、（ａ）は外光照度に対する脈波センサ近傍部照度と第１のしきい値の関係を示すグラフ、（ｂ）は照度変化と測定開始判定のタイミングの関係を示すグラフである。
【図１２】同制御内容の説明図で、照度変化と測定開始判定、測定終了判定のタイミングの関係を示すグラフである。
【図１３】同制御内容の説明図で、測定中断の判定を下すための第２のしきい値Ｋ２の設定の仕方を示す図である。
【図１４】同制御内容の説明図で、測定中断と測定の再開の判定を下すタイミングを示す図である。
【図１５】従来の脈拍測定装置の概略構成図である。
【符号の説明】
Ｍ  光電脈波式脈拍測定装置
２  測定部位（指先等）
３  発光部（発光手段）
４  受光部（受光手段）
５  脈波検出回路（脈波検出手段）
６  ＣＰＵ（制御手段）
２１  脈波センサ窓部
２２  脈波センサ
２５  照度センサ（第１の照度センサ）
２６  照度測定回路
３０  第２の照度センサ
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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