JP2007244479A - 心拍情報検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】心拍の基本周波数領域で強度が高い振動ノイズがあった場合でも、心拍情報を検出することができる心拍情報検出装置を提供する。
【解決手段】座席３の座面４、背もたれ面５、およびシートベルト６に圧電センサ１０乃至１２をそれぞれ設けることにより、各圧電センサ１０乃至１２において、心拍の振動のパワースペクトルが略同一になり、振動ノイズのパワースペクトルがそれぞれ異なるため、各圧電センサ１０乃至１２によって測定された振動の強度を周波数毎に加算することにより、心拍による振動の強度を振動ノイズの強度より強調する。
【選択図】図２

Description

本発明は、生体から心拍に関する心拍情報を検出する心拍情報検出装置に関する。

従来の心拍情報検出装置としては、生体の振動を検出する第１の振動検出手段と、第１の振動検出手段に対向し、予め設定された振動減衰特性を有した振動減衰手段を介して配設された第２の振動検出手段と、第１の振動検出手段と第２の振動検出手段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、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、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の演算手段とを備え、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ようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−０７４０５９号公報

しかしながら、従来の心拍情報検出装置においては、心拍の基本周波数領域で強度が高い振動ノイズがあった場合には、この振動ノイズの影響を受けて、心拍情報を検出することが困難になってしまうといった課題があった。

本発明は、従来の課題を解決するためになされたもので、心拍の基本周波数領域で強度が高い振動ノイズがあった場合でも、心拍情報を検出することができる心拍情報検出装置を提供することを目的とする。

本発明の心拍情報検出装置は、生体のそれぞれ異なる部分で振動を測定する複数の振動測定手段と、前記振動測定手段によってそれぞれ測定された振動の強度を予め定められた周波数毎にそれぞれ算出する振動強度算出手段と、前記振動強度算出手段によってそれぞれ算出された振動の強度を前記周波数毎に加算する振動強度加算手段と、前記振動強度加算手段によって加算された振動の強度が予め定められた閾値以上となった各周波数を心拍情報として検出する心拍情報検出手段とを備えた構成を有している。

この構成により、本発明の心拍情報検出装置は、生体のそれぞれ異なる部分に振動測定手段を設け、各振動測定手段によって測定された振動の強度を周波数毎に加算することにより、心拍による振動の強度を振動ノイズの強度より強調するため、心拍の基本周波数領域で強度が高い振動ノイズがあった場合でも、心拍情報を検出することができる。

なお、前記振動測定手段は、前記生体が着座する座席の座面および背もたれ面ならびに前記生体を座席上に保持するベルトの前記生体と接触する面にそれぞれ設けてもよい。

また、前記振動強度算出手段は、予め定められた時間間隔で各時間における前記振動の強度を算出するようにしてもよい。

この構成により、本発明の心拍情報検出装置は、心拍情報の検出結果が不安定になることを防止することができる。

また、前記振動強度算出手段は、前記心拍情報として検出した各周波数の最大公約数を前記生体の心拍の周波数として算出するようにしてもよい。

この構成により、本発明の心拍情報検出装置は、心拍による振動の逓倍波も参照するため、心拍の周波数を精度よく算出することができる。

また、本発明の居眠り防止装置は、警告を発する警告装置に接続され、生体の居眠りを防止する居眠り防止装置において、前記生体のそれぞれ異なる部分で振動を測定する複数の振動測定手段と、前記振動測定手段によってそれぞれ測定された振動の強度を予め定められた周波数毎にそれぞれ算出する振動強度算出手段と、前記振動強度算出手段によってそれぞれ算出された振動の強度を前記周波数毎に加算する振動強度加算手段と、前記振動強度加算手段によって加算された振動の強度が予め定められた閾値以上となった各周波数を心拍情報として検出する心拍情報検出手段と、前記心拍情報検出手段によって検出された心拍情報に基づいて前記生体の眠気指数を算出する眠気指数算出手段と、前記眠気指数算出手段によって算出された眠気指数に応じて前記警告装置を作動させる警告作動手段とを備えた構成を有している。

この構成により、本発明の居眠り防止装置は、生体のそれぞれ異なる部分に振動測定手段を設け、各振動測定手段によって測定された振動の強度を周波数毎に加算することにより、心拍による振動の強度を振動ノイズの強度より強調するため、心拍の基本周波数領域で強度が高い振動ノイズがあった場合でも、心拍情報を検出することができ、生体の生理状態に適したタイミングで警告装置を作動させることができる。

本発明は、心拍の基本周波数領域で強度が高い振動ノイズがあった場合でも、心拍情報を検出することができるという効果を有する心拍情報検出装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施の形態では、本発明における心拍情報検出装置を車両に搭載された居眠り防止装置に適用した例について説明する。

本発明の一実施の形態の居眠り防止装置を図１および図２に示す。

図１に示すように、居眠り防止装置１は、振動を測定する圧電センサ１０乃至１２と、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１３と、警告を発する警告装置１４とを備えている。

なお、本実施の形態において、圧電センサ１０乃至１２は、本発明における振動測定手段を構成し、ＤＳＰ１３は、本発明における振動強度算出手段、振動強度加算手段、心拍情報検出手段、眠気指数算出手段および警告作動手段を構成する。

ＤＳＰ１３は、プログラムメモリおよびデータメモリを有し、プログラムメモリには、後述する居眠り防止装置１の動作を実行するためのプログラムが格納されている。なお、以下の説明において、プログラムメモリに記憶されたプログラムを実行しているＤＳＰ１３を単に「ＤＳＰ１３」と記載する。

警告装置１４は、車室内に設けられた照明器具、オーディオ装置、空調装置および座席の振動装置等によって構成され、照明器具の照度の変更、オーディオ装置の再生音量や再生情報の変更、空調装置による温度の変更、および、振動装置による座席の振動等によって車両の運転手に警告を発するようになっている。

図２に示すように、圧電センサ１０は、運転手２が着座する座席３の座面４に設けられ、圧電センサ１１は、座席３の背もたれ面５に設けられ、圧電センサ１２は、運転手２を座席３上に保持するシートベルト６の運転手２と接触する面に設けられている。

このように、圧電センサ１０乃至１２をそれぞれ設けることで、心拍の振動は、運転手２の体から伝搬されるため、各圧電センサ１０乃至１２においてのパワースペクトルが略同一となる。また、振動ノイズは、各圧電センサ１０乃至１２に対してそれぞれ異なる距離および方向にある振動源から伝搬されるため、各圧電センサ１０乃至１２においてのパワースペクトルがそれぞれ異なる。

また、図３（ａ）に示すように、圧電センサ１０は、運転手２の尾てい骨に合わせて形成され、図３（ｂ）に示すように、圧電センサ１１、１２は、どの方向からでも運転手２に接するように形成されている。

以上のように構成された居眠り防止装置１について図４を用いてその動作を説明する。

まず、圧電センサ１０乃至１２によって振動が測定される（Ｓ１）。

ここで、圧電センサ１０乃至１２によってそれぞれ測定された振動の波形を図５（ａ）乃至（ｃ）にそれぞれ示す。なお、図５（ａ）乃至（ｃ）に示した波形は、圧電センサ１０乃至１２によって同期して測定された振動の波形である。

これらの振動は、心拍による振動に振動ノイズが混ざっているため、各圧電センサ１０乃至１２による測定結果から心拍数を算出することは困難であることが分かる。

ここで、参考として、運転手２すなわち生体の心拍による振動の波形を図５（ｄ）に示す。なお、図５（ｄ）に示した心拍による振動の波形は、心電図によって得られたものである。

図４において、ＤＳＰ１３は、各圧電センサ１０乃至１２によって測定された振動の強度を予め定められた周波数毎にそれぞれ算出する（Ｓ２）。なお、ＤＳＰ１３は、予め定められた時間間隔で各時間における振動の強度を周波数毎に算出することが望ましい。

ここで、各圧電センサ１０乃至１２によって測定された振動に対して、ＤＳＰ１３がそれぞれ算出した周波数毎の強度を図６（ａ）乃至（ｃ）に示す。図６（ａ）乃至（ｃ）から、心拍の周期である１Ｈｚ付近のピークは振動ノイズの成分に埋もれてしまっていることが分かる。なお、２Ｈｚおよび３Ｈｚ付近のピークは心拍の振動の逓倍波である。

図４において、次に、ＤＳＰ１３は、各圧電センサ１０乃至１２によって測定された振動に対してそれぞれ算出した周波数毎の振動の強度を周波数毎に加算する（Ｓ３）。

前述したように、各圧電センサ１０乃至１２において、心拍の振動のパワースペクトルが略同一で、振動ノイズのパワースペクトルがそれぞれ異なるため、ＤＳＰ１３が加算した周波数毎の強度は、心拍による振動の強度が振動ノイズの強度より強調されたものとなる。

ここで、ＤＳＰ１３が加算した周波数毎の振動の強度を図６（ｄ）に示す。図６（ｄ）に示した振動の強度は、図６（ａ）乃至（ｃ）に示したものと比べ、Ｓ／Ｎ比（信号対雑音比）が向上し、１Ｈｚ付近のピークを確認することができる。

図４において、次に、ＤＳＰ１３は、加算した振動の強度が予め定められた閾値以上となった各周波数を心拍情報として検出し（Ｓ４）、検出した心拍情報に基づいて、振動の強度が閾値以上となった各周波数の最大公約数を運転手２の心拍の周波数として運転手２の心拍数を算出する（Ｓ５）。

次に、ＤＳＰ１３は、算出した運転手２の心拍数の変動量（例えば、心拍数が少なくなる）に基づいて、眠気指数を算出する（Ｓ６）。なお、ＤＳＰ１３は、運転手２の心拍数を算出せずに、振動の強度が閾値以上となった各周波数の変動量に基づいて、眠気指数を算出してもよい。

次に、ＤＳＰ１３は、算出した眠気指数が予め定められた基準値より高いか否かを判断し（Ｓ７）、眠気指数が基準値より高いと判断した場合には、警告装置１４を作動させる（Ｓ８）。

ここで、ＤＳＰ１３は、眠気指数に応じて警告装置１４を段階的に作動させてもよい。例えば、ＤＳＰ１３は、眠気指数がある程度高くなった場合には、警告装置１４を構成する空調装置に温度を変更させ、眠気指数がさらに高くなった場合には、警告装置１４を構成するオーディオ装置に再生音量を上げさせ、振動装置に座席３を振動させる。

このような本発明の一実施の形態の居眠り防止装置１は、座席３の座面４、背もたれ面５、およびシートベルト６に圧電センサ１０乃至１２をそれぞれ設け、各圧電センサ１０乃至１２によって測定された振動の強度を周波数毎に加算することにより、心拍による振動の強度を振動ノイズの強度より強調するため、心拍の基本周波数領域で強度が高い振動ノイズがあった場合でも、心拍情報を検出することができ、運転手２の生理状態に適したタイミングで警告装置１４を作動させることができる。

なお、本実施の形態においては、本発明における振動測定手段を圧電センサによって構成した例について説明したが、その他の加速度センサによって構成してもよい。

以上のように、本発明にかかる心拍情報検出装置は、心拍の基本周波数領域で強度が高い振動ノイズがあった場合でも、心拍情報を検出することができるという効果を有し、例えば、生体から心拍に関する心拍情報を検出する心拍情報検出装置等として有用である。

本発明の一実施の形態における居眠り防止装置のブロック図 本発明の一実施の形態における居眠り防止装置を構成する圧電センサの実装図 本発明の一実施の形態における居眠り防止装置を構成する圧電センサの外観図 本発明の一実施の形態における居眠り防止装置の動作説明のためのフロー図 本発明の一実施の形態における居眠り防止装置を構成する圧電センサによって測定された振動の波形および心電図によって得られた波形を表すグラフ 本発明の一実施の形態における居眠り防止装置を構成するＤＳＰによって算出された振動の強度を周波数毎に示すスペクトル図

符号の説明

１ 居眠り防止装置
１０、１１、１２ 圧電センサ
１３ ＤＳＰ
１４ 警告装置

Claims (7)

1. 生体のそれぞれ異なる部分で振動を測定する複数の振動測定手段と、
   前記振動測定手段によってそれぞれ測定された振動の強度を予め定められた周波数毎にそれぞれ算出する振動強度算出手段と、
   前記振動強度算出手段によってそれぞれ算出された振動の強度を前記周波数毎に加算する振動強度加算手段と、
   前記振動強度加算手段によって加算された振動の強度が予め定められた閾値以上となった各周波数を心拍情報として検出する心拍情報検出手段とを備えた心拍情報検出装置。
2. 前記振動測定手段の１つは、前記生体が着座する座席の座面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の心拍情報検出装置。
3. 前記振動測定手段の１つは、前記生体が着座する座席の背もたれ面に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の心拍情報検出装置。
4. 前記振動測定手段の１つは、前記生体を座席上に保持するベルトの前記生体と接触する面に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の心拍情報検出装置。
5. 前記振動強度算出手段は、予め定められた時間間隔で各時間における前記振動の強度を算出することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の心拍情報検出装置。
6. 前記振動強度算出手段は、前記心拍情報として検出した各周波数の最大公約数を前記生体の心拍の周波数として算出することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の心拍情報検出装置。
7. 警告を発する警告装置に接続され、生体の居眠りを防止する居眠り防止装置において、
   前記生体のそれぞれ異なる部分で振動を測定する複数の振動測定手段と、
   前記振動測定手段によってそれぞれ測定された振動の強度を予め定められた周波数毎にそれぞれ算出する振動強度算出手段と、
   前記振動強度算出手段によってそれぞれ算出された振動の強度を前記周波数毎に加算する振動強度加算手段と、
   前記振動強度加算手段によって加算された振動の強度が予め定められた閾値以上となった各周波数を心拍情報として検出する心拍情報検出手段と、
   前記心拍情報検出手段によって検出された心拍情報に基づいて前記生体の眠気指数を算出する眠気指数算出手段と、
   前記眠気指数算出手段によって算出された眠気指数に応じて前記警告装置を作動させる警告作動手段とを備えたことを特徴とする居眠り防止装置。

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