JP2005095408A - 生体状態判断装置及び支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】生体情報を高感度に精度良く検出し、被測定者の生体状態を客観的に判断できる生体状態判断装置を提供する。
【解決手段】シートベルト１０のドライバと接触する面に配設された人体用センサ１１と、シート２０の背もたれ部２１に配設された車用センサ２３と、人体用センサ１１及び車用センサ２３の出力情報に基づいてドライバの生体情報を検出してドライバの生体状態を判断する制御手段３０とを備え、人体用センサ１１は、ドライバの心拍情報、体動情報及び呼吸情報を検出し、車用センサ２３は、車両の振動情報を検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧電センサの出力情報に基づいて被測定者の生体状態を判断する生体状態判断装置及びこの生体状態判断装置を用いた支援システムに関する。

車両の運転において、ドライバの生体状態は運転の安全性に影響を及ぼす。ここで生体状態とは、集中度、覚醒度、疲労度、緊張度、不快度、健康状態など、意思の入らない心身の状態をいうものとする。このため、ドライバが車両を安全に運転するのを支援するために、居眠り状態であるといったドライバの生体状態を検出する方法が研究されている。この種の技術としては、ドライバの健康状態を知るために心拍数を検出する生体情報計測装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

上記従来の生体情報計測装置は、被検査者の動きを固定する動作固定部（シートベルト）と、心臓の拍動を計測する振動計測部と、振動計測部を被検査者の胸部位置にあわせるための振動計測位置調整部とを備える。この構成により、被検査者がシートベルトを装着し、部位を合わせるだけで心電Ｒ波を測定することができる。

しかしながら、上記従来の生体情報計測装置では、車両の振動等の影響により心拍の微小な振動が正確に検出できない恐れがあった。

特開２００１−８９２２号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、生体情報を高感度に精度良く検出し、被測定者の生体状態を客観的に判断できる生体状態判断装置を提供することを目的とする。また、本発明は、この生体状態判断装置を用いて被測定者が快適に過ごすことを支援するシステムを提供することを目的とする。

本発明の生体状態判断装置は、可撓性を有する圧電センサの出力情報に基づいて被測定者の生体状態を判断する生体状態判断装置であって、シートベルトに配設された第１の圧電センサと、前記被測定者と離間した位置に配設された第２の圧電センサと、前記第１及び第２の圧電センサの出力情報に基づいて前記被測定者の生体状態を判断する判断手段とを備え、前記第１の圧電センサが、前記被測定者の心拍情報、体動情報及び呼吸情報の少なくとも２つを検出し、前記第２の圧電センサが、車両の振動情報を検出するものである。

この構成により、第１及び第２の圧電センサの出力情報に基づいて判断手段が被測定者の生体状態を判断するため、生体情報を高感度に精度良く検出し、被測定者の生体状態を客観的に判断できる。

また、本発明の生体状態判断装置は、前記第１の圧電センサが、前記シートベルト上の被測定者と接触する位置に配設されるものである。この構成により、第１の圧電センサによって被測定者の生体情報を正確に検出できる。

また、本発明の生体状態判断装置は、前記第１の圧電センサが、前記シートベルトと一体に成形されるものである。この構成により、圧電センサを配設したシートベルトを違和感なく装着でき、実用的である。

また、本発明の生体状態判断装置は、前記判断手段が、前記第１及び第２の圧電センサの出力情報を処理する処理部を有し、前記処理部は、この出力情報を周波数解析するものである。この構成により、周波数解析によって、例えば走行時のように、外部からのノイズが多い場合であっても、所定の周波数帯域の情報を検出できる。また、位相差を考慮することなく出力情報を処理できる。

また、本発明の生体状態判断装置は、前記処理部が、前記第１及び第２の圧電センサの出力信号それぞれのパワースペクトルを演算する第１の演算手段と、前記第１の演算手段で演算された双方のパワースペクトルの差を周波数毎に演算する第２の演算手段と、前記第２の演算手段の演算結果に基づき予め設定した心拍の基本周波数領域でパワースペクトルの差が最大となる周波数を心拍情報として求める第３の演算手段とを有するものである。

また、本発明の生体状態判断装置は、前記第１及び第２の圧電センサの出力情報を記憶する記憶手段を備え、前記判断手段が、前記記憶手段に記憶されている情報を参照して前記被測定者の生体状態を判断するものである。記憶手段に記憶される被測定者の生体情報を参照することにより、生体状態の変化が正確に検出でき、被測定者の生体状態を正確に判断できる。

また、本発明の生体状態判断装置は、前記記憶手段が、前記被測定者の平常状態における前記センサの出力情報を記憶するものである。記憶手段に記憶される被測定者の平常状態における生体情報を参照することにより、平常状態と比較した生体状態の変化が正確に検出でき、被測定者の生体状態をより正確に判断できる。

また、本発明の生体状態判断装置は、前記第１の圧電センサが、蛇行状に配設されるものである。この構成により、生体情報の検出精度が向上する。

また、本発明のサウンドシステムは、請求項１ないし８のいずれか一項記載の生体状態判断装置を用い、前記判断手段が、前記被測定者の緊張度を判断するものであり、前記緊張度に応じて、適切な音楽を選択して供給する音楽供給手段を具備するものである。この構成により、緊張状態であることを被測定者自身が意識する前に適切な音楽を流すことにより、被測定者の緊張を緩和できる。

また、本発明の疲労緩和支援システムは、請求項１ないし８のいずれか一項記載の生体状態判断装置を用い、前記判断手段が、前記被測定者の疲労度を判断するものであり、疲労緩和を支援する支援手段と、前記疲労度に応じて、前記支援手段の駆動を制御する駆動制御手段とを具備するものである。この構成により、疲労状態であることを被測定者自身が意識する前に支援手段が駆動されるため、被測定者の疲労緩和を支援できる。

さらに、本発明の居眠り防止システムは、請求項１ないし８のいずれか一項記載の生体状態判断装置を用い、前記判断手段は、前記被測定者の覚醒度を判断するものであり、覚醒を支援する支援手段と、前記覚醒度に応じて、前記支援手段の駆動を制御する駆動制御手段とを具備するものである。この構成により、覚醒度が低下したことを被測定者自身が意識する前に支援手段が駆動されるため、被測定者の居眠りを防止できる。

本発明によれば、生体情報を高感度に精度良く検出し、被測定者の生体状態を客観的に判断できる生体状態判断装置を提供できる。また、この生体状態判断装置を用いて被測定者が快適に過ごすことを支援するシステムを提供できる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の生体状態判断装置の第１の実施形態を説明するためのシート装置の構成を示す図である。本実施形態では、自動車を運転するドライバの生体情報（心拍情報、呼吸情報及び体動情報）を検出し、生体状態を判断する場合について説明する。

図１（ａ）に示すように、本実施形態のシート装置は、背もたれ部２１と着座部２２とを有し、背もたれ部２１の背面に車用センサ２３が配設されたシート１０と、人体用センサ１１と一体に成形されたシートベルト１０とを備えるものであり、制御手段３０と、人体用センサ１１及び車用センサ２３の出力情報を記憶する記憶手段４０とに接続されている。人体用センサ１１は、ドライバの心拍情報、体動情報及び呼吸情報の少なくとも２つを検出するものであり、車用センサ２３は、車両の振動情報を検出するものである。

人体用センサ１１及び車用センサ２３には、本出願人によって実用的に開発されたピエゾ素子材料を用いたケーブル状のセンサ（圧電ケーブルセンサ）を用いる。以下、この圧電ケーブルセンサについて説明する。

図２は、圧電ケーブルセンサの構成を示す図である。同図に示すように、圧電ケーブルセンサ６０は、軸方向中心に芯線（中心電極）６１と、この中心電極６１の周囲にピエゾ素子材料６２を被覆し、さらにピエゾ素子材料６２の周囲に外側電極６３を配設し、最外周をＰＶＣ（塩化ビニル樹脂）６４で被覆して成るものである。

圧電ケーブルセンサ６０は、使用温度が１２０℃まで可能な出願人独自開発の耐熱性を有する樹脂系材料をピエゾ素子材料６２に用いており、従来の代表的な高分子ピエゾ素子材料（一軸延伸ポリ弗化ビニリデン）やピエゾ素子材料（クロロプレンと圧電セラッミック粉末のピエゾ素子材料）の最高使用温度である９０℃より高い温度域(１２０℃以下)で使用できる。そして、ピエゾ素子材料６２がフレキシブル性を有する樹脂と圧電性セラミックから構成され、また、コイル状金属中心電極及びフィルム状外側電極から成るフレキシブル電極を用いて構成しており、通常のビニールコード並みのフレキシブル性を有している。

さらに、圧電ケーブルセンサ６０は高分子ピエゾ素子材料並みの高感度であり、人間の生体情報（心拍数等を示す心拍情報、体動を示す体動情報及び呼吸情報）を検出するような低周波数領域（１０Ｈｚ以下）では、高分子ピエゾ素子材料並みの高感度を有している。これは、本ピエゾ素子材料６２の比誘電率（約５５）が高分子ピエゾ素子材料（約１０）よりも大きいため、低周波数領域（１０Ｈｚ以下）であっても感度の低下が小さいからである。

ピエゾ素子材料６２は、樹脂系材料と、１０μｍ以下の圧電性セラミック粉末の複合体とから構成され、振動検出特性はセラミックにより、またフレキシブル性は樹脂によりそれぞれ実現している。本ピエゾ素子材料６２は樹脂系材料として塩素系ポリエチレンを用い、高耐熱性（１２０℃）と容易に形成できる柔軟性を実現すると共に架橋する必要のない簡素な製造工程を可能とするものである。

このようにして得られた圧電ケーブルセンサ６０は、ピエゾ素子材料６２を成形したままでは、圧電性能を有しないので、ピエゾ素子材料６２に数ｋＶ/ｍｍの直流高電圧を印加することにより、ピエゾ素子材料６２に圧電性能を付与する処理（分極処理）を行うことが必要である。ピエゾ素子材料６２にクラックなどの微少な欠陥が内在する場合、その欠陥部で放電して両電極間が短絡し易くなるので、充分な分極電圧が印加できなくなるが、本発明では一定長さのピエゾ素子材料６２に密着できる補助電極を用いた独自の分極工程を確立することにより、欠陥を検出・回避して分極を安定化でき、これにより数１０ｍ以上の長尺化も可能になる。

また、圧電ケーブルセンサにおいては、中心電極６１にコイル状金属中心電極を、外側電極６３にフィルム状電極（アルミニウム−ポリエチレンテレフタレート−アルミニウムの三層ラミネートフィルム）を用い、これによりピエゾ素子材料６２と電極の密着性を確保すると共に、外部リード線の接続が容易にでき、フレキシブルなケーブル状実装構成が可能になる。

中心電極６１は、銅−銀合金コイル、外側電極６３はアルミニウム−ポリエチレンテレフタレート−アルミニウムから成る三層ラミネートフィルム、ピエゾ素子材料６２はポリエチレン系樹脂＋圧電性セラミック粉末、外皮は熱可塑性プラスチック、これにより、比誘電率は５５、電荷発生量は１０−１３Ｃ（クーロン）/ｇｆ、最高使用温度は１２０℃となる。

図３は、この圧電ケーブルセンサ６０に加わる荷重とセンサ出力特性を示す線図である。出願人が圧電ケーブルセンサ６０の荷重とセンサ出力の関係を実験した結果、圧電ケーブルセンサ６０に（ａ）のような曲げ荷重を加えたとき、センサ出力が（ｂ）のような現象になる。

（１）時刻ｔ０で圧電ケーブルセンサ６０に荷重が加わっていないときは、センサ出力は２（Ｖ）を示している。
（２）時刻ｔ１で圧電ケーブルセンサ６０に一定方向に曲げ荷重を加えると、加わった瞬間からセンサ出力は４（Ｖ）に増加したあと直ぐに反転して０（Ｖ）になり、その後再び２（Ｖ）に戻る。
（３）その後、曲げたままにしていてもセンサ出力は２（Ｖ）を示したままである。
（４）時刻ｔ３で圧電ケーブルセンサ６０を元の状態に戻すと、その瞬間からセンサ出力は０．８（Ｖ）に減少したあと、直ぐに反転して２．２（Ｖ）になり、その後再び２（Ｖ）に戻る。

このように、この圧電ケーブルセンサは加速度に反応した出力を高感度に検出できるため、人体の微小な振動を検出して出力することができる。すなわち、この圧電ケーブルセンサを用いて、人体の心拍情報、体動情報及び呼吸情報を検出できる。

人体用センサ１１は、図１（ｂ）に示すように、シートベルト１０の人体と接触する面側に、蛇行（屈曲）させた状態で縫製される。これにより、広範囲で振動信号を受けることができ、また、屈曲部でストレスがかかりやすくなるため、変位量に対して伸び量又は縮み量が大きくなる。つまり、蛇行させた状態でシートベルト１０と一体化することにより、人体用センサ１０の感度は上がる。

なお、人体用センサ１１は、図４に示すように、シートベルトをつくる際、出来上がりシートベルト幅のほぼ２倍の幅のベルト用布地の片側半面に圧電ケーブルセンサを縫製し、センサが内側になるように布地を折り畳み、布地の端部（外縁部）を縫製仕上げして、シートベルトと一体化してもよい。人体用センサ１１をシートベルトの内部に縫製することにより、より違和感を感じることなくシートベルトを装着することができる。

また、車用センサ２３は、背もたれ部２１の背面側に蛇行した状態で縫製される。なお、車用センサ２３は、着座部２２の下部や、着座部２２又は背もたれ部２１の内部、車両本体（車両の天井やハンドル等）等、ドライバと離間した位置のいずれに配設されても良い。ドライバと離間した位置は、シートベルト上以外が望ましい。

図５は、制御手段３０の機能を示すブロック図である。同図に示すように、制御手段３０は、人体用センサ１１、車用センサ２３が出力した振動信号（生体情報）の強度をそれぞれ約１００倍に増幅する第１アンプ３０１，３１１と、第１アンプ３０１，３１１の出力信号をそれぞれ約１０〜１００倍に増幅する第２アンプ３０２，３１２と、第２アンプ３０２，３１２及び第１アンプ３０１の出力信号を処理する処理部３０３と、車用センサ２３及び人体用センサ１１が出力した振動信号に基づいてドライバの生体状態を判断する判断部３０５と、判断部３０５の判断結果に基づいて音楽供給装置等の各部が所定の動作を行うよう、その駆動を制御する駆動制御部３０７とを備える。

図６は、処理部３０３の心拍情報処理動作に関する機能を説明するためのブロック図である。同図に示すように、処理部３０３は、第１の演算手段３０３１と、第２の演算手段３０３２と、第３の演算手段３０３３と、第４の演算手段３０３４と、第５の演算手段３０３５とを有する。

第１の演算手段３０３１は、人体用センサ１１のから出力された振動信号及び車用センサ２３から出力された振動信号のそれぞれをＡＤ変換してデジタル値に変換した後、ある時間幅で逐次、移動平均値を演算し、前記移動平均値の時系列データのパワースペクトルを演算する。

第２の演算手段３０３２は、第１の演算手段３０３１が演算した双方のパワースペクトルの差を周波数毎に演算する。第３の演算手段３０３３は、第２の演算手段３０３２の演算結果に基づいて、予め設定した心拍の基本周波数領域でパワースペクトルが最大となる周波数を心拍情報として求める。第４の演算手段３０３４は、第３の演算手段３０３３で求められた周波数に６０を掛けてこれを心拍数とする。このように、処理部３０３は、ドライバの心拍数（心拍情報）を求めることができる。なお、本実施形態では心拍の基本周波数領域を約１〜２Ｈｚとする。この手順により数秒〜数十秒毎に心拍数が演算される。

第５の演算手段３０３５は、第４の演算手段３０３４が演算した心拍数を用いて、数秒〜数十秒毎の心拍数のばらつきを求める。第５の演算手段は、まず数秒〜数十秒毎の心拍数の時系列データから心拍数の平均値及び標準偏差を算出し、心拍数の標準偏差を心拍数の平均値で除算して、心拍数のばらつきを求める。なお、心拍情報として、第４の演算手段３０３４が求めた心拍数及び第５の演算手段３０３５が求めた心拍数のばらつきのいずれを用いてもよい。

第１〜第５の演算手段は専用ＩＣ（図示せず）に内蔵されている。専用ＩＣとしては、例えばＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）を用いればよい。

また、上記説明では、処理部３０３が、約１〜２Ｈｚの周波数帯域に注目して心拍情報を求めたが、１Ｈｚ以下の周波数帯域に注目すれば、同様にして呼吸情報を得ることができる。

図７は、処理部３０３の体動情報処理動作を説明するための図である。処理部３０３は、人体用センサ１１の出力信号を第１アンプ３０１で約１００倍に増幅した信号（出力信号Ｂ）が、予め定められたしきい値Ｔを単位時間当りに何回超えるかを求める。なお、出力信号Ｂには、ドライバの生体活動（心拍、呼吸等）に起因する振動信号だけでなく、車両自体の振動に起因する振動信号も含まれるが、体動は車体の振動よりも振幅が大きいため、人体用センサ１１の出力信号のみに基づいて、体動情報を求めることができる。

判断部３０５は、処理部３０３の処理結果に基づき、記憶手段４０に記憶されているドライバの平常状態の生体情報（心拍情報、呼吸情報及び体動情報）を参照して、ドライバの生体状態を判断する。

図８は、判断部３０５による生体状態判断の具体例を説明するための図である。図８（ａ）は、単位時間当りの体動回数と、心拍数との相関関係を示す。判断部３０５は、この相関関係に基づいて緊張度を判断する。図８（ｂ）は、呼吸数と、心拍数との相関関係を示す。判断部３０５は、この相関関係に基づいて覚醒度を判断する。図８（ｃ）は、単位時間当りの体動回数と、心拍数のばらつきとの相関関係を示す。判断部３０５は、この相関関係に基づいて疲労度を判断する。なお、図８に示す相関関係は、被測定者に対して予め実験を行い、その測定結果に基づくものであり、これらのデータは記憶手段４０に記憶されているものとする。たとえば、実験により正確な覚醒度を脳波から測定しておいて、同時に心拍や呼吸、体動のデータを収集し、覚醒度と心拍数、呼吸数、体動パターンの関係を求める。このとき、被験者を多櫛、多数のデータにもとづきある程度幅をもたせて、万人向けの関係を求めるのが望ましい。

緊張度の判定に際しては、図８（ａ）に示すように、あらかじめ求められた緊張度曲線のいずれに近いかで、緊張度を高、中、低の３段階に判定する。判断部３０５は、処理部３０３の処理結果（心拍情報及び体動情報）を、この図と比較して緊張度を判断する。例えば、心拍数が高い場合において、体動回数が少ないと緊張度高、体動回数が多いと緊張度中と判断できる。

覚醒度の判定に際しては、図８（ｂ）に示すように、あらかじめ求められた覚醒度曲線のいずれに近いかで、覚醒度を高、中、低の３段階に判定する。判断部３０５は、処理部３０３の処理結果（心拍情報及び呼吸情報）を、この図と比較して緊張度を判断する。例えば、心拍数が高い場合において、呼吸数が少ないと覚醒度中、呼吸数が多いと覚醒度高と判断できる。

疲労度の判定に際しては、図８（ｃ）に示すように、あらかじめ求められた疲労度曲線のいずれに近いかで、疲労度を高、中、低の３段階に判定する。判断部３０５は、処理部３０３の処理結果（心拍数のばらつき及び体動回数）を、この図と比較して疲労度を判断する。例えば、心拍数のばらつきが中程度の場合において、体動回数が少ないと疲労度高、体動回数が多いと疲労度低と判断できる。

以上の説明では、判断部３０５は、緊張度、覚醒度及び疲労度を３段階で判断したが、予め実験により相関関係を求めておけば、５段階、１０段階等の更に多段階での判断も可能である。また、上述した２要素（心拍数と体動回数等）の相関関係だけでなく、心拍数のばらつきと呼吸数との相関関係等で生体状態を判断しても良い。また、図９に一例を示すように、心拍数、呼吸数及び体動回数の３要素の相関関係を求めて覚醒度の判断を行うようにしても良い。これにより、より正確な判断を行うことが可能となる。更にこれら２要素あるいは３要素の相関関係に体温情報を付加することにより、より高精度の判定が可能となる。体温については、例えばハンドルの掌や指先が接する部分に体温センサを設けておくことにより容易に測定可能である。また、体温リズム（サーカディアンリズム）に基づいて、覚醒度曲線等を補正しても良い。

以上、周波数解析によって心拍情報、呼吸情報及び体動情報を求める処理について説明したが、信号波形を用いて生体状態を判断することもできる。

図１０は、信号波形を用いて生体状態を判断する処理を説明するための図である。まず、人体用センサ１１の出力信号及び車用センサ２３の出力信号の位相を一致させて差分をとる。この結果が信号Ｓ０である。すなわち信号Ｓ０は、車両自体の振動に起因する信号成分を含まない、人体の生体活動に起因する振動信号を示す。次に、バンドパスフィルタによって、信号Ｓ０の０．１〜１Ｈｚの周波数成分を抽出する。この抽出結果が信号Ｓ１であり、呼吸情報に相当する。また、バンドパスフィルタによって、信号Ｓ０の４〜８Ｈｚ（人体と車両との共振周波数）の周波数成分を抽出する。この抽出結果が信号Ｓ２であり、心拍情報に相当する。なお、処理部３０３と同様の処理部によって、この処理を行うことができる。

以上のように求めた信号値（心拍情報及び呼吸情報）と、予め測定し、記憶手段４０に格納しておいた比較用の信号値（例えば呼吸用信号をＲ１，脈拍用信号をＲ２）とを比較し、この比較結果から、心拍情報と呼吸情報の両方を考慮し、生体状態を判断する。なお、判断部３０５と同様の判断部によって、このように生体状態を判断することができる。

なお、生体状態の判断に際しては、ＣＶＲＲ指標に基づいて緊張度を判断する、カオス指標に基づいて疲労度を判断するといった、他の方法を用いても良い。

駆動制御部３０７は、判断部３０５の判断結果に基づいて、車両に備えられた音楽供給手段、香供給手段、酸素供給手段、空調手段、マッサージ手段、警報手段の各部（いずれも図示せず）の駆動を制御する。

以下、駆動制御部３０７の制御について、具体例を説明する。駆動制御部３０７は、判断部３０５によってドライバの緊張度が高くなったと判断されると、音楽供給手段が緊張をほぐすような音楽を選択して流し、香供給手段がリラックス効果のある香り（香料）を選択して供給し、酸素供給手段が酸素を供給し、マッサージ手段がドライバの腰や肩などをマッサージするよう、各部の駆動を制御する。駆動制御部３０７は、緊張度に応じて、例えば音量や香りの強さ、酸素濃度、マッサージの強度や速度等を段階的に調整する。

また、駆動制御部３０７は、判断部３０５によってドライバの疲労度が高くなったと判断されると、音楽供給手段が疲労を癒す効果のある音楽を選択して流し、香供給手段が疲労を癒す効果のある香りを選択して供給し、酸素供給手段が酸素を供給し、マッサージ手段がドライバの腰や肩などをマッサージするよう、各部の駆動を制御する。駆動制御部３０７は、疲労度に応じて、例えば音量や香りの強さ、酸素濃度、マッサージの強度や速度等を段階的に調整する。

また、駆動制御部３０７は、判断部３０５によってドライバの覚醒度が低下した（眠気を催している）と判断されると、音楽供給手段が眠気を覚ますような音楽（テンポの速い音楽等）を選択して流し、香供給手段が疲労を癒す効果のある香りを選択して供給し、酸素供給手段が酸素を供給し、マッサージ手段がドライバの腰や肩などをマッサージし、警報手段が警告音を発し、空調手段が冷気を供給するよう、各部の駆動を制御する。駆動制御部３０７は、覚醒度に応じて、例えば音量や香りの強さ、酸素濃度、マッサージの強度や速度、警告音の音量、空調の設定温度等を段階的に調整する。なお、ドライバの覚醒度が低下した場合、警報手段は、警告音を発する以外にも、車内のスピードメータ等の表示部を点滅させてもよいし、外部の監視センター等に報知するようにしてもよい。

上述した駆動制御部３０７の制御について表１にまとめる。

以上説明したように、本実施形態のシート装置では、圧電ケーブルセンサからなる人体用センサ１１及び車用センサ２３を用いて生体情報を検出し、この生体情報に基づいてドライバの生体状態を判断する。この構成により、生体情報を高感度に精度良く検出し、ドライバの生体状態を客観的に判断できる。

通常、車が走行中の場合、走行振動により座席上の人体が加振（周波数４〜７Ｈｚ）され、ドライバの生体情報は検出しにくい。しかし、本実施形態では、処理部３０３が２つのセンサ（人体用センサ１１及び車用センサ２３）の出力情報を周波数解析してパワースペクトルの差を演算し、心拍の基本周波数領域に注目して心拍情報を求めているので、外部からの振動ノイズがあっても生体の心拍情報を検出できる。また、この構成により、２つのセンサの出力情報の位相ずれを考慮することなく、容易に心拍情報を求めることができる。

なお、制御手段や記憶手段は、車両本体に設けられても良いし、車両と離間した制御センター等に設けられても良い。制御手段が車両と離間した場所に設けられる場合、人体用センサ１１及び車用センサ２３の出力情報は、無線を介して送信される。

また、本実施形態では、ドライバの生体状態を判断したが、ドライバ以外の、助手席や後部座席に搭乗する人間に対しても同様に実現できる。

（第２の実施形態）
車両に子供を搭乗させる場合、チャイルドシートに乗せることが義務付けられている。特に１歳未満の乳児の場合、乳児専用のチャイルドシートに乗せ、後部座席に置くことが安全上望ましいと考えられる。しかし、チャイルドシートを後部座席に置くと、運転席や助手席から乳児の様子が見えにくくなる。そこで、本実施形態では、乳児をチャイルドシートに乗せて後部座席に置く場合において、乳児の生体状態をドライバ等に知らせたり、乳児が快適に過ごすことができるチャイルドシートについて説明する。

図１１は、本発明の生体状態判断装置の第２の実施形態を説明するためのチャイルドシートの構成を示す図である。本実施形態では、チャイルドシートに乗せられた乳児の生体情報（心拍情報、呼吸情報及び体動情報）を検出し、生体状態を判断する場合について説明する。同図において、第１の実施形態で説明した図３と重複する部分には同一の符号を付す。

同図に示すチャイルドシートは、車用センサ２３が外表面に埋設されたチャイルドシート本体１２０と、人体用センサ１１と一体に成形されたチャイルドシートベルト１１０とを備えるものであり、制御手段３０と、記憶手段４０とに接続されている。このチャイルドシートは、車両の後部側に向けて載置され、後部座席に設けられた後部座席用シートベルト２００をチャイルドシート本体１２０に張架することにより固定される。チャイルドシートベルト１１０は、乳児の両肩の背面側から、体前面を通って両足の間に張架され、チャイルドシート本体１２０に乳児の体を固定するものである。

なお、本実施形態では人体用センサ１１をチャイルドシートベルト１１０と一体に成形されるが、人体用センサ１１をチャイルドシート本体１２０内側における乳児の頭部と接触する位置に人体用センサを埋設してもよいし、人体用センサを埋設したヘッドパッドをチャイルドシート本体１２０に内接させてもよい。このヘッドパッドを設ければ、乳児の頭部をより確実に固定できるとともに、人体用センサと乳児の頭部が密着するため、より正確に乳児の生体情報（心拍情報、呼吸情報及び体動情報）を感知することができる。

本実施形態において第１の実施形態と異なる点は、駆動制御部３０７の制御内容である。以下、この点について説明する。

駆動制御部３０７は、判断部３０５の判断結果に基づいて、チャイルドシートに備えられたＡＶ（Audio Visual）供給手段、香供給手段、酸素供給手段、空調手段、振動手段、報知手段の各部（いずれも図示せず）の駆動を制御する。

以下、駆動制御部３０７の制御について、具体例を説明する。駆動制御部３０７は、判断部３０５によって乳児が緊張状態である、又は、体動が激しくなりむずかっていると判断されると、振動手段が乳児に心地よい振動を与えるようチャイルドシート本体１２０を振動させ、香供給手段がリラックス効果のある香りを選択して供給し、酸素供給手段が酸素を供給し、ＡＶ供給手段がリラックス効果のある音楽や人間の心音に似た音を供給し、後部座席背もたれに母親の映像やアニメーション等の動画を表示し、空調手段が適温の空気を供給するよう、各部の駆動を制御する。駆動制御部３０７は、乳児の緊張度等に応じて、例えば音量や香りの強さ、酸素濃度、チャイルドシート本体１２０を振動させるパターン（揺らし方）や速度等を段階的に調整する。

一般に、チャイルドシート内の温度上昇が原因で乳児がむずかる場合が多いため、空調手段は、室温より低い温度の空気を供給するとよい。なお、香供給手段や酸素供給手段、空調手段は、チャイルドシート本体１２０外縁に設けられた供給口から、乳児の体を直撃しないように香や酸素、空気を供給する。

また、音楽、映像、香料は、乳児が好むものを予め設定したり、空気の温度や湿度等、所定のものを供給するようにしても良い。母親等の顔の映像を表示することにより、乳児をリラックスさせ、安心させる効果がある。また、乳児が母親の顔を認識できない程幼い場合は、１０ｃｍ程度の間隔で２つの黒点を表示するようにしても、人間の顔を表示する場合と同様の効果が得られる。

また、駆動制御部３０７は、判断部３０５によって、乳児が尿意をもよおしている等の生体状態の変化を検出した場合、報知手段が所定の音や音楽を発生するよう駆動を制御する。これにより、乳児の生体状態を他の搭乗者に報知できる。

なお、ＡＶ供給手段、香供給手段、酸素供給手段、空調手段及び報知手段は、チャイルドシートでなく、車両に備えられても良い。

以上説明したように、本実施形態のチャイルドシートによれば、乳児の生体状態を判断して各支援手段を駆動するため、乳児が車両内で快適に過ごすことができる。また、本実施形態のチャイルドシートによれば、乳児が気温の上昇等による不快感によってむずかることが少なくなるため、チャイルドシートを後部座席に載置していても、ドライバが乳児の様子に気をとられることなく運転に集中しやすくなる。結果として、ドライバはより安全運転できる。

以上、シートベルトと圧電ケーブルセンサ（人体用センサ１１）を一体化した場合について説明したが、圧電ケーブルセンサが、止め具に挿着されることによってシートベルトを係止するバックルを引くと、バックルと一緒に引っ張られて伸びてきてドライバの胸部に接触するような構成にしてもよい。また、図１２に示すように、シートベルトが肩や首筋、腰等に直接あたる不快感を和らげるためのシートベルトパッド３００に圧電ケーブルセンサを配設しても人体の微小信号を検出でき同様の効果が得られる。

なお、第１及び第２の実施形態では、人体用センサ及び車用センサを圧電ケーブルセンサで構成したが、シート状又は帯状の圧電センサで構成しても同様に実現可能である。

本発明の生体状態判断装置は、生体情報を高感度に精度良く検出し、被測定者の生体状態を客観的に判断できる効果を有し、被測定者が安全に運転するのを支援するシステムや快適に過ごすことを支援するシステムを提供すること等に有用である。

（ａ）本発明の生体状態判断装置の第１の実施形態を説明するためのシート装置の構成を示す図 （ｂ）シートベルトの拡大図 圧電ケーブルセンサの構成を示す図 圧電ケーブルセンサに加わる荷重とセンサ出力特性を示す線図 人体用センサのシートベルトへの他の取り付け法を示す図 制御手段の機能を示すブロック図 処理部の心拍情報処理動作に関する機能を説明するためのブロック図 処理部の体動情報処理動作を説明するための図 判断部による生体状態判断の具体例（２要素）を説明するための図 判断部による生体状態判断の具体例（３要素）を説明するための図 信号波形を用いて生体状態を判断する処理を説明するための図 本発明の生体状態判断装置の第２の実施形態を説明するためのチャイルドシートの構成を示す図 シートベルトパッドの装着例を示す図

符号の説明

１０ シートベルト
１１ 人体用センサ
２０ シート
２１ 背もたれ部
２２ 着座部
２３ 車用センサ
３０ 制御部
３０１ 信号入力部
３０３ 処理部
３０３１ 第１の演算手段
３０３２ 第２の演算手段
３０３３ 第３の演算手段
３０３４ 第４の演算手段
３０３５ 第５の演算手段
３０５ 判断部
３０７ 駆動制御部
４０ 記憶手段
６０ 圧電ケーブルセンサ
６１ 芯線（中心電極）
６２ ピエゾ素子材料
６３ 外側電極
６４ ＰＶＣ（塩化ビニル樹脂）
１１０ チャイルドシートベルト
１２０ チャイルドシート本体
２００ 後部座席用シートベルト
３００ シートベルトパッド
Ｂ 出力信号
Ｔ しきい値
Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２ 信号
Ｒ１，Ｒ２ 比較用信号

Claims (11)

1. 可撓性を有する圧電センサの出力情報に基づいて被測定者の生体状態を判断する生体状態判断装置であって、
   シートベルトに配設された第１の圧電センサと、
   前記被測定者と離間した位置に配設された第２の圧電センサと、
   前記第１及び第２の圧電センサの出力情報に基づいて前記被測定者の生体状態を判断する判断手段とを備え、
   前記第１の圧電センサは、前記被測定者の心拍情報、体動情報及び呼吸情報の少なくとも２つを検出し、前記第２の圧電センサは、車両の振動情報を検出するものである生体状態判断装置。
2. 請求項１記載の生体状態判断装置であって、
   前記第１の圧電センサは、前記シートベルト上の被測定者と接触する位置に配設されるものである生体状態判断装置。
3. 請求項１又は２記載の生体状態判断装置であって、
   前記第１の圧電センサは、前記シートベルトと一体に成形されるものである生体状態判断装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項記載の生体状態判断装置であって、
   前記判断手段は、前記第１及び第２の圧電センサの出力情報を処理する処理部を有し、
   前記処理部は、この出力情報を周波数解析するものである生体状態判断装置。
5. 請求項４記載の生体状態判断装置であって、
   前記処理部は、前記第１及び第２の圧電センサの出力信号それぞれのパワースペクトルを演算する第１の演算手段と、前記第１の演算手段で演算された双方のパワースペクトルの差を周波数毎に演算する第２の演算手段と、前記第２の演算手段の演算結果に基づき予め設定した心拍の基本周波数領域でパワースペクトルの差が最大となる周波数を心拍情報として求める第３の演算手段とを有するものである生体状態判断装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項記載の生体状態判断装置であって、
   前記第１及び第２の圧電センサの出力情報を記憶する記憶手段を備え、
   前記判断手段は、前記記憶手段に記憶されている情報を参照して前記被測定者の生体状態を判断するものである生体状態判断装置。
7. 請求項６記載の生体状態判断装置であって、
   前記記憶手段は、前記被測定者の平常状態における前記センサの出力情報を記憶するものである生体状態判断装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか一項記載の生体状態判断装置であって、
   前記第１の圧電センサは、蛇行状に配設されるものである生体状態判断装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか一項記載の生体状態判断装置を用い、
   前記判断手段は、前記被測定者の緊張度を判断するものであり、
   前記緊張度に応じて、適切な音楽を選択して供給する音楽供給手段を具備するサウンドシステム。
10. 請求項１ないし８のいずれか一項記載の生体状態判断装置を用い、
    前記判断手段は、前記被測定者の疲労度を判断するものであり、
    疲労緩和を支援する支援手段と、
    前記疲労度に応じて、前記支援手段の駆動を制御する駆動制御手段とを具備する疲労緩和支援システム。
11. 請求項１ないし８のいずれか一項記載の生体状態判断装置を用い、
    前記判断手段は、前記被測定者の覚醒度を判断するものであり、
    覚醒を支援する支援手段と、
    前記覚醒度に応じて、前記支援手段の駆動を制御する駆動制御手段とを具備する居眠り防止システム。

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