JP2018117740A - 生体情報検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ハンドルセンサが利用できない状況であっても高精度に心拍情報を検出することができる生体情報検出装置を提供する。【解決手段】生体情報検出装置1は、ハンドルセンサ100が、車両のハンドル本体100cに設けられ、車両の運転者の心拍に関する情報である第1心拍情報を検出し、シートセンサ110が、車両の運転席に設けられ、運転者の心拍に関する情報である第2心拍情報を検出する。そして、制御部120が、第1心拍情報に基づく係数を求め、第2心拍情報に係数を乗じて第2心拍情報を補正する。【選択図】図1

Description

本発明は、移動体の操縦者等の生体情報を検出する生体情報検出装置に関する。
車両等の移動体の操縦者の状態を検出し、得られた状態に基づいて居眠り運転等の防止に利用することが行われている。操縦者の状態を検出する方法としては、心拍数等の生体情報を取得することが挙げられる。
心拍数等の生体情報を検出する方法としては、車両操舵のためのハンドルに電極(ハンドルセンサ)を配設し、電極により検出される両手間の電位差から心拍を検出する方法がある。また、運転席(操縦席)に圧力センサ等を配設し、操縦者の心臓の拍動に伴う体表面の振動を圧力センサで検出する方法もある。
上述したハンドルセンサによる検出は精度が高いという利点があるが、ハンドルを両手で保持しないと検出できないという欠点がある。そこで、上述したハンドルセンサと圧力センサの両方を備え、ハンドルセンサによる検出が不可と判定されると、圧力センサによる心拍検出を行う生体情報検出装置が提案されている(例えば特許文献1を参照)。
WO2005/112764号公報
圧力センサ等の座席に設置されたセンサで心拍情報を検出する方法は、車両等が受ける振動や着席している搭乗者の体動等によるノイズによってハンドルセンサよりも精度が低下してしまうことが知られている。特許文献1に記載された方法では、ハンドルセンサによる検出ができない場合であっても加速度センサが検出した車両の振動等の状態によっては圧力センサによる心拍検出を行わないようにすることで検出精度を保っている。そのため、運転や路面の状況によっては心拍の検出ができない期間が発生し、その期間では、操縦者の状態が検出できなくなってしまう。
また、今後自動車等の自動運転が普及すると、その運転者がハンドルを離す機会が増加するため、ハンドルセンサ以外の検出部による検出精度の向上が望まれる。
そこで、本発明は、例えば、ハンドルセンサが利用できない状況であっても高精度に心拍情報を検出することができる生体情報検出装置を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、移動体の操舵部に設けられ、前記移動体の操縦者の心拍に関する情報である第1心拍情報を検出する第1検出部と、前記移動体の操縦席に設けられ、前記操縦者の心拍に関する情報である第2心拍情報を検出する第2検出部と、前記第1心拍情報に基づく補正パラメータを求め、前記補正パラメータに基づいて前記第2心拍情報を補正する補正部と、を備えることを特徴としている。
請求項8に記載の発明は、移動体の操舵部に設けられ前記移動体の操縦者の心拍に関する情報である第1心拍情報を検出する第1検出部と、前記移動体の操縦席に設けられ前記操縦者の心拍に関する情報である第2心拍情報を検出する第2検出部と、を備える生体情報検出装置の生体情報検出方法であって、前記第1心拍情報に基づく補正パラメータを求め、前記補正パラメータに基づいて前記第2心拍情報を補正する補正工程を含むことを特徴としている。
請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の生体情報検出方法を、コンピュータにより実行させることを特徴としている。
本発明の第1の実施例にかかる生体情報検出装置のブロック図である。 図1に示された生体情報検出装置の係数算出動作のフローチャートである 図1に示された生体情報検出装置の総合動作のフローチャートである。 本発明の第2の実施例に関連する生体情報検出装置のバンドパスフィルタの説明用の波形図である。
以下、本発明の一実施形態にかかる生体情報検出装置を説明する。本発明の一実施形態にかかる生体情報検出装置は、第1検出部が、移動体の操舵部に設けられ、移動体の操縦者の心拍に関する情報である第1心拍情報を検出し、第2検出部が、移動体の操縦席に設けられ、操縦者の心拍に関する情報である第2心拍情報を検出する。そして、補正部が、第1心拍情報に基づく補正パラメータを求め、その補正パラメータに基づいて第2心拍情報を補正する。このようにすることにより、第2検出部が第1検出部よりも検出精度が低い場合であっても第1検出部の精度に近づけることができる。したがって、第1検出部で検出が困難な場合であっても、第2検出部を利用することが可能となる。
また、操縦者の着座姿勢を検出する第3検出部を更に備え、補正時に用いる補正パラメータは、操縦者の着座姿勢毎に定められていてもよい。このようにすることにより、操縦者の座席の着席姿勢により変化する第2心拍情報を精度良く補正することができる。
また、第2心拍情報に対して特定の周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタを更に備え、補正部は、バンドパスフィルタが通過させる周波数帯域を補正パラメータとして変化させてもよい。このようにすることにより、第2検出部が検出した第2心拍情報に対して第1心拍情報の取り得る周波数範囲を通過させるように設定して補正することができる。
また、第2心拍情報に対して特定の周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタを更に備え、補正パラメータは、第2心拍情報の振幅に設定される閾値を含んでもよい。このようにすることにより、第2検出部が検出した第2心拍情報に対して第1心拍情報の値に合わせるような振幅の閾値を設定して補正することができる。
また、補正部は、第2心拍情報に補正パラメータに含まれる数値を乗じて補正してもよい。このようにすることにより、例えば第1心拍情報と第2心拍情報に基づいて倍率を求めて、その倍率を乗ずることで補正することができる。
また、第2検出部は、操縦者へ送信波を送信すると共に当該送信波の反射波を受信し、当該受信した反射波に基づいて第2心拍情報を検出してもよい。このようにすることにより、操縦者へ送信波を送信すると共に当該送信波の反射波を受信し、当該受信した反射波に基づいて心拍情報を検出するようなセンサ、所謂マイクロ波センサを第2検出部として利用した場合に精度良く補正をすることができる。
また、第2検出部は、電気的絶縁状態で操縦者の身体電位を検出する容量結合型電極が検出した身体電位に基づいて第2心拍情報を検出してもよい。このようにすることにより、電気的絶縁状態で操縦者の身体電位を検出する容量結合型電極が検出した身体電位に基づいて心拍情報を検出するようなセンサ、所謂容量結合型センサを第2検出部として利用した場合に精度良く補正をすることができる。
また、本発明の一実施形態にかかる生体情報検出方法は、補正工程で、移動体の操舵部に設けられ移動体の操縦者の心拍に関する情報である第1心拍情報を検出する第1検出部で検出された第1心拍情報に基づく補正パラメータを求め、その補正パラメータに基づいて移動体の操縦席に設けられ操縦者の心拍に関する情報である第2心拍情報を検出する第2検出部で検出された第2心拍情報を補正する。このようにすることにより、第2検出部が第1検出部よりも検出精度が低い場合であっても第1検出部第1検出部の精度に近づけることができる。したがって、第1検出部で検出が困難な場合であっても、第2検出部を利用することが可能となる。
また、上述した生体情報検出方法をコンピュータにより実行させる生体情報検出プログラムとしてもよい。このようにすることにより、コンピュータを用いて、操縦席に備えられた第2検出部で検出されるデータを補正することができるので、第2検出部が第1検出部よりも検出精度が低い場合であっても第1検出部第1検出部の精度に近づけることができる。したがって、第1検出部で検出が困難な場合であっても、第2検出部を利用することが可能となる。
本発明の第1の実施例にかかる生体情報検出装置を図1乃至図3を参照して説明する。生体情報検出装置1は、図1に示したように、ハンドルセンサ100と、シートセンサ110と、制御部120と、カメラ130と、報知装置140と、を備えている。図1に示した生体情報検出装置1は、自動車等の移動体に設置されている。また、移動体は、運転者(操縦者)が搭乗するものであれば自動車以外であってもよい。
第1検出部としてのハンドルセンサ100は、自動車の車内に取り付けられた操舵部である輪状のハンドル本体100cに、一対の電極100a、100bが互いに分離した状態で配設され構成される。ハンドルセンサ100は、運転者のハンドル操作時に、一方の電極100aに左手が接触し、他方の電極100bに右手が接触するように構成されている。
ハンドルセンサ100では、公知のように、運転者の両手が電極100a、100bに接触した際に取得される両手間の電位差を、直接的に電気信号として検出することができる。このハンドルセンサ100で取得される電気信号からは、特許文献1に記載されているように、心拍数や呼吸数や心拍揺らぎ等の心拍情報を検出することができる。以下、ハンドルセンサ100で検出される操縦者の心拍に関する情報である心拍情報を第1心拍情報とする。
第2検出部としてのシートセンサ110は、車内に配設された運転席用のシートの尻下部、腿下部、背部等に対応するシート部位に配置されている。シートセンサ110の配置位置は、運転者がシートに座った際に運転者の体表面で押圧されるシート部位であれば特に限定されない。また、シートセンサ110は、複数位置に配置してもよい。
シートセンサ110は、センサからシートに着席している運転者に対してマイクロ波を照射し、心臓や肺の動きによってわずかに振動する体の表面から反射するマイクロ波の変化から心拍数や呼吸数などの心拍情報を検出する公知のセンサである(マイクロ波ドップラーセンサとも呼ばれる)。即ち、シートセンサ110は、運転者(操縦者)へ送信波を送信すると共に当該送信波の反射波を受信し、当該受信した反射波に基づいて第2心拍情報を検出する。以下、シートセンサ110で検出される操縦者の心拍に関する情報である心拍情報を第2心拍情報とする。
なお、シートセンサ110としては、上述したマイクロ波センサに限らず、従来技術で説明した圧力センサや、電気的絶縁状態で運転者の身体電位を検出する容量結合型電極が検出した身体電位に基づいて心拍等の生体情報を検出する容量結合型のセンサ等を利用することができる。
このようなシートセンサ110による検出では、運転者がシートに座るだけで検出を行うことが可能となるため、運転者が意識することなく検出を行うことが可能となる。
補正部としての制御部120は、メモリやCPU(Central Processing Unit)等を含んだマイクロコンピュータ(マイコン)等で構成されている。制御部120は、ECU(Electronic Control Unit)として構成されてもよいし、カーナビゲーション装置などの車載機器の制御部と共通に構成されていてもよい。
制御部120は、ハンドルセンサ100やシートセンサ110で検出された心拍情報に基づいて運転者の眠気の有無を推定する。心拍情報から眠気を推定する方法は上述した特許文献1等により公知であるため説明は省略する。また、制御部120は、ハンドルセンサ100で検出された第1心拍情報に基づいてシートセンサ110で検出された第2心拍情報を補正する。
第3検出部としてのカメラ130は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサやCCD(Charge Coupled Device)センサ等の撮像素子を有するカメラモジュール等で構成されている。カメラ130は、ステアリングポストや車室内天井等に設けられ、運転者を撮影する。カメラ130は、後述するように運転者の着座姿勢を撮影するため、運転者の着座姿勢が好適に撮影できる位置に設置することが好ましい。また、カメラ130は複数設けられていてもよい。
報知装置140は、制御部120から出力される信号に基づいて、ガイダンス音声やブザー音等を出力するように構成されている。例えば、ここでは、ハンドルセンサ100及びシートセンサ110を用いた検出により運転者の眠気が検出されると、運転者への注意喚起を行うべく制御部120から報知装置140に制御信号が出力される。それにより、報知装置140からブザー音等が発せられる。
あるいは、報知装置140が音声合成部を備え、制御部120からの制御信号に基づいて「休憩されてはいかがですか」等のガイダンス音声を合成するとともに、このガイダンス音声を出力する構成であってもよい。 また、車内に搭載されたカーナビゲーション装置に報知装置140が含まれた構成であり、カーナビゲーション装置で検索して得られた最寄りの休憩所への道順をガイダンスするようにしてもよい。
次に、上述した構成の生体情報検出装置1の制御部120における補正方法を説明する。本実施例では、まず、ハンドルセンサ100とシートセンサ110の両方で同時に心拍情報を検出する。そして制御部120で、このときに取得された心拍情報から補正パラメータとしての係数を求め、この係数を補正パラメータとしてシートセンサ110で検出された第2心拍情報に含まれる数値に乗じて補正する。
この係数は、ハンドルセンサ100で検出された第1心拍情報に含まれる心拍数をH1、シートセンサ110で検出された第2心拍情報に含まれる心拍数をH2とすると、例えばH1/H2で求める。なお、このH1とH2は、特定の時刻に検出されたデータとしてもよいし、取得した複数のデータの平均値としてもよい。また、この係数は、以後両方のセンサで心拍情報が取得可能なタイミングで逐次更新してもよい。
また、この係数は、運転者の着座姿勢毎に設定されている。シートに運転者が自然な姿勢で座った際よりもシートから背中が少し浮いた状態や、シート面に対して体が曲がっている状態、或いは路地から大通りに出るときや道を探しながら走っているとき等に前のめりになっている状態などの運転者の着座姿勢によってシートセンサ110で検出される第2心拍情報は異なった値となってしまう。そのため、係数がシートに運転者が自然な姿勢で座った際のみであると、例えば前のめりのときには本来補正されるべき値とは異なる値に補正されてしまう。そこで、予め想定される着座姿勢毎に上述した係数を求め、カメラ130で運転者の着座姿勢を検出して、検出された着座姿勢に合った係数により補正をすることで、精度良く心拍情報を検出することができる。なお、係数は、運転者の着座姿勢毎に設定せずに1種類であってもよい。
次に、上述した構成の生体情報検出装置1の動作を図2及び図3のフローチャートを参照して説明する。図2及び図3に示したフローチャートは制御部120で実行される。
図2に示したフローチャートは、上述した係数の算出動作である。まず、ステップS11において、ハンドルセンサ100及びシートセンサ110の両センサが心拍情報を検出可能か否かを判断し、検出可能である場合(YESの場合)はステップS12において、上述した方法により係数を算出し、ステップS13において、カメラ130により運転者の着座姿勢を検出する。そして、ステップS14において、ステップS12で算出した係数をステップS13で検出した着座姿勢に関連付けて制御部120内のメモリ等に保存する。一方、ステップS11において、ハンドルセンサ100が検出不能で両センサが心拍情報を検出可能に該当しない場合(NOの場合)は、ステップS11で待機する。
図3に示したフローチャートは、上述した生体情報検出装置1の総合的な動作(生体情報検出方法)である。まず、ステップS21において、ハンドルセンサ100及びシートセンサ110の両センサが心拍情報を検出可能か否かを判断し、可能である場合(YESの場合)はハンドルセンサ100で検出された心拍情報により眠気の推定を行うためステップS25に進み、可能でない場合(NOの場合)はシートセンサ110のみで心拍情報の検出が可能な状態であるとしてステップS22に進みカメラ130により運転者の着座姿勢を検出する。
次に、ステップS23において、ステップS22で検出された着座姿勢に応じた係数を選択し、続くステップS24において、シートセンサ110が検出した第2心拍情報(検出値)を上述した方法により補正する。即ち、ステップS24が補正工程として機能する。
次に、ステップS25において、ハンドルセンサ100又はシートセンサ110が検出した心拍情報に基づいて眠気を推定し、ステップS26において、推定した眠気により運転者に報知する必要がある場合(要の場合)は、ステップS27において報知装置140に報知させる。一方、ステップS26において、報知する必要が無い場合(否の場合)は報知装置140に報知させずに終了する。
本実施例によれば、ハンドルセンサ100が、車両のハンドル本体100cに設けられ、車両の運転者の心拍に関する情報である第1心拍情報を検出し、シートセンサ110が、車両の運転席に設けられ、運転者の心拍に関する情報である第2心拍情報を検出する。そして、制御部120が、第1心拍情報に基づく係数を求め、第2心拍情報に係数を乗じて第2心拍情報を補正する。このようにすることにより、シートセンサ110がハンドルセンサ100よりも検出精度が低い場合であってもハンドルセンサ100の精度に近づけることができる。したがって、ハンドルセンサ100で検出が困難な場合であっても、シートセンサ110を利用することが可能となる。
運転者の着座姿勢を検出するカメラ130を更に備え、制御部120には、補正時に用いる係数が運転者の着座姿勢毎に設定されている。このようにすることにより、運転者の座席の着席姿勢により変化する第2心拍情報を精度良く補正することができる。
また、シートセンサ110は、マイクロ波センサで構成されて第2心拍情報を検出している。このようにすることにより、操縦者へ送信波を送信すると共に当該送信波の反射波を受信し、当該受信した反射波に基づいて心拍情報を検出するようなマイクロ波センサを利用した場合に精度良く補正をすることができる。
次に、本発明の第2の実施例にかかる生体情報検出装置を図4を参照して説明する。なお、前述した第1の実施例と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。
本実施例にかかる生体情報検出装置1は、構成は図1と同様であるが補正の方法が異なる。本実施例では、シートセンサ110が検出した第2心拍情報に適用するため制御部120が備えるバンドパスフィルタについて、通過させる周波数帯域(通過帯域)をハンドルセンサ100で検出された第1心拍情報に基づいて変化させる。
図4にシートセンサ110としてマイクロ波センサから得られる波形の例を示す。図4の上段はマイクロ波センサから得られた波形そのもの(生データ)、中段は生データから心拍数に相当する部分を抽出した波形、下段は生データから呼吸数に相当する部分を抽出した波形である。
図4に示した波形は、生データにバンドパスフィルタを通すことで、心拍数や呼吸数の波形をそれぞれ抽出している。このバンドパスフィルタの通過帯域は、通常、人が取り得る心拍数や呼吸数の範囲を想定して広く設定されているため、車両の振動等のノイズが混入しやすい。そこで、制御部120は、ハンドルセンサ100が検出した第1心拍情報に基づいてバンドパスフィルタの通過帯域を補正パラメータとして変更する。例えば、バンドパスフィルタの中心周波数をハンドルセンサ100の検出値に基づいて定める。このように、ハンドルセンサ100が検出した心拍数等の取り得る範囲に合わせてバンドパスフィルタの通過帯域を調整する。
また、バンドパスフィルタの通過帯域を運転者の着座姿勢に基づいて選択するようにしてもよい。
また、バンドパスフィルタの通過帯域を変更した後の値に第1の実施例のように係数を乗じるようにしてもよい。バンドパスフィルタの通過帯域を変更したのみでは、その帯域内で第2心拍情報が変動するため、ハンドルセンサ100で検出された心拍情報に対して精度が低くなる場合がありうる。そこで、バンドパスフィルタの通過帯域とともに係数の乗算も行うことで、更に精度を高めることができる。
本実施例によれば、第2心拍情報に対して特定の周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタを更に備え、制御部120は、バンドパスフィルタが通過させる周波数帯域を補正パラメータとして変化させている。このようにすることにより、シートセンサ110が検出した第2心拍情報に対して第1心拍情報の取り得る周波数範囲を通過させるように設定して補正することができる。したがって、車両の振動等のノイズの影響を少なくして、ハンドルセンサ100の精度に近づけることができる。
また、制御部120は、バンドパスフィルタが通過させる周波数帯域を着座姿勢に基づいて選択している。このようにすることにより、バンドパスフィルタの周波数帯域を着座姿勢毎に変更することができるため、着座姿勢により変化する第2心拍情報の精度を向上させることができる。
なお、第2の実施例の変形例として、バンドパスフィルタを通過後の波形について、心拍数や呼吸数を計測する際に判定する振幅の閾値をハンドルセンサ100で検出された第1心拍情報に基づいて変化させてもよい。この閾値は、図4の場合であれば、縦軸に対して設定される値である。つまり、この値をハンドルセンサ100で検出された心拍数等の値の範囲となるように調整する。例えば、ハンドルセンサ100で検出された心拍数が70であった場合は、バンドパスフィルタの通過後の心拍数の波形について、70になるように振幅の閾値を設定する。即ち、補正値は、第2心拍情報の振幅に設定される閾値を補正パラメータとして変更してもよい。
また、上述した第2の実施例や変形例はシートセンサ110としてマイクロ波センサで説明したが、圧力センサや容量結合型センサでも図4のような波形が取得できるので適用可能である。
また、上述した実施例では、必ず補正を行うようにしていたが、例えば、両方のセンサで心拍情報を取得して補正パラメータを算出する際に、両方のセンサから得られた波形の相関が少ない場合は、補正パラメータを算出してもシートセンサ110が検出した第2心拍情報を正しく補正できない可能性が高いので、当該着座姿勢の際には補正をしないようにしてもよい。このようにすることで、得られる心拍情報の精度を維持することができる。
また、上述した係数、通過帯域、振幅の閾値といった補正パラメータを個人毎に不揮発性の記憶素子に保存し、運転者が乗車した際にカメラ130等で個人の識別をして、識別した人物に対応する補正パラメータを利用するようにしてもよい。即ち、個人別に補正パラメータを保存する保存部と、個人識別部と、を備え、補正部が個人識別部の識別結果に基づいて保存部に保存した補正パラメータにより補正をする。このようにすることにより、毎回補正パラメータを算出する必要が無くなる。
また、本発明は上記実施例に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の生体情報検出装置の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。
1 生体情報検出装置
100 ハンドルセンサ(第1検出部)
110 シートセンサ(第2検出部)
120 制御部(補正部、バンドパスフィルタ)
130 カメラ(第3検出部)
S24 シートセンサの検出値を補正(補正工程)

Claims (9)

  1. 移動体の操舵部に設けられ、前記移動体の操縦者の心拍に関する情報である第1心拍情報を検出する第1検出部と、
    前記移動体の操縦席に設けられ、前記操縦者の心拍に関する情報である第2心拍情報を検出する第2検出部と、
    前記第1心拍情報に基づく補正パラメータを求め、前記補正パラメータに基づいて前記第2心拍情報を補正する補正部と、
    を備えることを特徴とする生体情報検出装置。
  2. 前記操縦者の着座姿勢を検出する第3検出部を更に備え、
    前記補正パラメータは、前記操縦者の着座姿勢毎に定められる、
    ことを特徴とする請求項1に記載の生体情報検出装置。
  3. 前記第2心拍情報に対して特定の周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタを更に備え、
    前記補正部は、前記バンドパスフィルタが通過させる周波数帯域を前記補正パラメータとして変化させることを特徴とする請求項1または2に記載の生体情報検出装置。
  4. 前記第2心拍情報に対して特定の周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタを更に備え、
    前記補正パラメータは、前記第2心拍情報の振幅に設定される閾値を含むことを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか一項に記載の生体情報検出装置。
  5. 前記補正部は、前記第2心拍情報に含まれる数値に前記補正パラメータに含まれる数値を乗じて補正することを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか一項に記載の生体情報検出装置。
  6. 前記第2検出部は、前記操縦者へ送信波を送信すると共に当該送信波の反射波を受信し、当該受信した反射波に基づいて前記第2心拍情報を検出することを特徴とする請求項1乃至5のうちいずれか一項に記載の生体情報検出装置。
  7. 前記第2検出部は、電気的絶縁状態で前記操縦者の身体電位を検出する容量結合型電極が検出した前記身体電位に基づいて前記第2心拍情報を検出することを特徴とする請求項1乃至5のうちいずれか一項に記載の生体情報検出装置。
  8. 移動体の操舵部に設けられ前記移動体の操縦者の心拍に関する情報である第1心拍情報を検出する第1検出部と、前記移動体の操縦席に設けられ前記操縦者の心拍に関する情報である第2心拍情報を検出する第2検出部と、を備える生体情報検出装置の生体情報検出方法であって、
    前記第1心拍情報に基づく補正パラメータを求め、前記補正パラメータに基づいて前記第2心拍情報を補正する補正工程を含むことを特徴とする生体情報検出方法。
  9. 請求項8に記載の生体情報検出方法を、コンピュータにより実行させることを特徴とする生体情報検出プログラム。
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