JP2019055077A - 身体情報検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 シートベルトの着用者に圧迫感を与えてしまうことなく、正確な脈拍数・呼吸数を検知することのできる、新規な身体情報検出装置の開発を技術課題とした。【解決手段】 身体を緩保持するベルト周辺に対して検出ユニット１を装着し、ベルト着用者の少なくとも脈拍、呼吸の状態を検出する身体情報検出装置Ｄであって、検出ユニット１におけるプローブ１１は、一方の端部が閉鎖された中空チューブであり、他の開放された端部に圧力センサを接続し、これにより着用者の心拍・呼吸に伴う脈動による中空チューブの空間容積変化を圧力変化として検出し、脈拍数・呼吸数を少なくとも視覚表示できるようにしたことを特徴として成る。【選択図】図１

Description

本発明は車輌の搭乗者の脈拍数・呼吸数を正確に検出することができる身体情報検出装置に関するものである。

近時、自動車の運転席近傍や、ドライバーの身体に身体情報のセンサを設け、運転者の身体状況を把握して安全対策に利用する手法について多くの提案が成されている。
このうち特にシートベルトに対してマイクロホン、圧力センサ等を装着し、ドライバーの脈拍数・呼吸数を検出する装置が提案されている（例えば特許文献１、２参照）。
前記特許文献１に開示された構成は、空気室又は密閉キャビネットの中の空気圧を検出するものであり、一方、特許文献２に開示された構成は、作動流体が充填される圧力チューブ内の圧力変動を検出するものであり、これらは基本原理を同一とするものである。

具体的には、空気室もしくは密閉キャビネット又は圧力チューブを胸部に密接させた状態とし、この状態でシートベルト着用者の脈拍動、呼吸動によって変動する、空気室もしくは密閉キャビネット又は圧力チューブ内の圧力を測定するものである。
そしてこのような装置は、シートベルト装着時に空気室もしくは密閉キャビネット又は圧力チューブが装着者の胸部付近に密接するため、これらの厚みによってシートベルトの着用者に圧迫感を与えてしまうのは避けられなかった。

ところで本出願は、１パスカル（１／１０１３２５気圧）単位での極微小な気圧変動を検出することのできる検出ユニットを適用した種々の生体情報検知装置を案出し、既に特許出願に及んでおり、（特許文献３、４、５、６）この検出ユニットの更なる適用対象について鋭意研究を継続してきた。

特開２００１−２８６４４８公報 特許第４０２９５６２号公報 特開２０１４−０６４７１４公報 特開２０１５−１３６４２３公報 特開２０１６−００２２６４公報 特開２０１７−０６０７１０公報

本発明はこのような背景を考慮してなされたものであって、シートベルトの着用者に圧迫感を与えてしまうことなく、正確な脈拍数・呼吸数を検知することのできる、新規な身体情報検出装置の開発を技術課題としたものである。

すなわち請求項１記載の生体情報検知装置は、身体を緩保持するベルト周辺に対して検出ユニットを装着し、ベルト着用者の少なくとも脈拍、呼吸の状態を検出する身体情報検出装置であって、検出ユニットにおけるプローブは、一方の端部が閉鎖された中空チューブであり、他の開放された端部に圧力センサを接続し、これにより着用者の心拍・呼吸に伴う脈動による中空チューブの空間容積変化を圧力変化として検出し、脈拍数・呼吸数を少なくとも視覚表示できるようにしたことを特徴として成るものである。

また請求項２記載の生体情報検知装置は、前記要件に加え、前記検出ユニットが装着されるベルトは自動車のシートベルトであり、検出ユニットの装着位置はシートベルト着用者の胸部であることを特徴として成るものである。

更にまた請求項３記載の生体情報検知装置は、前記請求項２記載の要件に加え、前記検出ユニットには、プローブを密着状態に内装するプローブホルダが具えられ、更にシートベルト本体に巻き付けるためのカバー体が具えられていることを特徴として成るものである。

更にまた請求項４記載の生体情報検知装置は、前記請求項２または３記載の要件に加え、前記プローブは、シートベルト本体に沿ってＵ字状に形成されていることを特徴として成るものである。

また請求項５記載の生体情報検知装置は、前記請求項１記載の要件に加え、前記検出ユニットが装着されるベルト周辺とは、自動車のシートベルトの上部ガイドであり、この上部ガイドのターン案内部に沿ってプローブが設けられていることを特徴として成るものである。

また請求項６記載の生体情報検知装置は、前記請求項１記載の要件に加え、前記検出ユニットが装着されるベルト周辺とは、自動車のシートベルトのタングプレートであり、このタングプレートのターン案内部に沿ってプローブが設けられていることを特徴として成るものである。

更にまた請求項７記載の生体情報検知装置は、前記請求項５記載の要件に加え、前記チューブ状のプローブは、ターン案内部の長手方向に沿って両面に亘り連続して平面視細Ｕ字状に設けられていることを特徴として成るものである。
そしてこれら各請求項記載の発明を手段として前記課題の解決が図られる。

まず請求項１記載の発明によれば、プローブとして中空チューブが用いられるため、プローブと人体との密接箇所の形態を自由に設定することができ、着用者の心拍・呼吸に伴う脈動から呼吸数・心拍数を、高感度で検出することができる。また中空チューブは、外径４〜１０ｍｍ、内径２〜８ｍｍ程度のものが適用可能であるため、シートベルトの着用者に圧迫感を与えてしまうことがない。

また請求項２記載の発明によれば、シートベルトの着用者は、プローブを各別意識することなく、通常のシートベルト着用動作を行うことにより、プローブを胸部に密接させた状態とすることができる。

更にまた請求項３記載の発明によれば、カバー体をシートベルト本体に取り付けることにより、プローブが具えられた検出ユニットのセッティングを容易に行うことができる。

更にまた請求項４記載の発明によれば、長尺とした検出ユニット全域にプローブを位置させることができ、シートベルトの着用者の生体情報（呼吸・心拍）を、高感度で検出することができる。

また請求項５記載の発明によれば、シートベルトの着用者の身体に検出ユニットが触れないため圧迫感を生じさせることがない。

また請求項６記載の発明によれば、シートベルトの着用者の身体に検出ユニットが触れないため圧迫感を生じさせることがない。

更にまた請求項７記載の発明によれば、シートベルト本体を着用者の身体に密接させるとともに、ターン案内部の長手方向に沿って両面に亘り連続して平面視細Ｕ字状に設けられているプローブに密接させることができるため、シートベルトの着用者の生体情報（呼吸・心拍）をシートベルト本体を通じてプローブに伝達することができる。

本発明の身体情報検出装置の使用状況を一部拡大して示す斜視図である。 検出ユニットを示す平面図（ａ）、カバー体を示す展開図（ｂ）及び検出ユニットをカバー体を用いてシートベルト本体に組付けた状態を示す平面図及び横断面図（ｃ）である。 形態を異ならせた検出ユニットを示す斜視図及び正面図である。 表示装置における脈拍数及び心拍数の表示態様を示すグラフである。

本発明の身体情報検出装置の最良の形態は以下に示すとおりであるが、この形態に対して本発明の技術的思想の範囲内において適宜変更を加えることも可能である。

図中、符号Ｄで示すものは本発明の身体情報検出装置であり、このものは、身体を緩保持するベルト周辺に対して検出ユニット１を装着し、ベルト着用者の少なくとも脈拍、呼吸の状態を検出する装置である。
そして前記検出ユニット１におけるプローブ１１は、一方の端部が閉鎖された中空チューブであり、他の開放された端部に圧力センサを接続し、これによりベルト着用者の心拍・呼吸に伴う脈動による中空チューブの空間容積変化を圧力変化として検出し、脈拍数・呼吸数を少なくとも視覚表示できるように構成されている。

なおこの実施例では図１に示すように、前記検出ユニット１が装着されるベルトは自動車のシートベルト５であり、検出ユニット１の装着位置はシートベルト５の着用者の胸部（厳密には上腹部から肩にかけての範囲）とされるものである。

以下、身体情報検出装置Ｄの構成要素について具体的に説明する。
まず図２に示すように前記検出ユニット１には、一例としてシリコンを素材としたチューブが適用されるプローブ１１と、適宜の剛性を有する素材によって形成されたプローブホルダ１２とを具えて構成され、このプローブホルダ１２内にプローブ１１が密着状態に収容される。

前記プローブ１１は図２（ａ）に示すように、平面視において矩形状のプローブホルダ１２の略全域に位置させるように幅狭のＵ字状に形成される。このような形態とされることにより、検出ユニット１が図２（ｂ）に示すようにシートベルト本体５０に装着された際に、このシートベルト本体５０の長手方向に沿ってＵ字状に対峙することとなる。
なおプローブホルダ１２に対するプローブ１１の設置態様としては、上記Ｕ字状以外にも、素材の柔軟性等により可能であればＷ字状、Ｍ字状等としてもよい。

ここで前記前記プローブ１１の好ましい断面寸法は、素材によって異なってくるものであるが、外径２〜４ｍｍ、内径１〜３ｍｍ程度とされるものであり、一例として図２に示した実施例では、シリコンを素材とし、外径３ｍｍ、内径２ｍｍとし、また全長４５０ｍｍとした。

また前記プローブホルダ１２は、一例として塩化ビニル、ポリカーボネイト、ポリエチレン、ポリスチレン等、適宜の剛性を有する合成樹脂素材によって形成されるものである。そしてプローブホルダ１２の形態は、上下に対向する二枚の板材１２ａ、１２ｂによってプローブ１１を挟持し、この状態を維持するように板材１２ａ、１２ｂを粘着テープ等で固定されるものである。

次に前記カバー体２について説明する。このものは図２（ｂ）に示すように展開状態で矩形状に形成された部材であり、通気性を有する布材等によって形成される。
そしてカバー体２は図２（ｃ）に示すように、短辺の中心からずれた個所で二つ折りとされるものであり、この際、重なりが生じない部位がフラップ２１とされ、このフラップ２１が更に折り込まれる。そしてこの状態でフラップ２１とその対向する部位には、面ファスナ２２、２３が具えられており、これらが互いに係合することにより、上記折り込み状態が維持される。
この実施例では、図２（ｃ）に示す状態のカバー体２の寸法を、一例として５２ｍｍ×２５６ｍｍとした。

次に前記検出ユニット１に接続されるセンサモジュール３について説明する。
このものは、前記プローブ１１たる中空チューブ内の圧力を検知するための圧力センサたるセンサエレメント３０と、このセンサエレメント３０の出力信号を解析するためのデータ処理部３１と、このデータ処理部３１から出力されるデータを外部に送信するための無線部３２及びこれらを駆動するための電源を具えて構成されたものである。

前記センサエレメント３０は、プローブ１１内の空間容積変化を圧力変化として検出するものであり、一例として焦電センサが適用されるものであり、空気は微小な圧力変化で温度変化を生じることを利用して、検出された微小な温度変化から圧力変化を導出するような処理が行われるものとした。
ここで焦電センサに用いられている焦電素子について説明すると、誘電体の一種に焦電体（チタン酸ジルコン酸鉛等）というものがあり、この焦電体は赤外線を受けると、熱エネルギーを吸収して自発分極に変化が生じ、その変化量に比例して表面に電荷が誘起されることとなる（焦電効果）。この特性を利用して赤外線を含む光を感知する（変化を見る）ものが焦電センサである。
またこの実施例では一例として、前記センサエレメント３０として富士セラミック社製、ＦＫＳ−ＨＭ０２を適用した。因みにこの実施例で示されるセンサモジュール３は、１パスカル（１／１０１３２５気圧）単位での極微小な気圧変動を検出することのできるものである。

また前記データ処理部３１は、前記センサエレメント３０によって検出された圧力変化を解析し、脈拍数・呼吸数を導出するためのアルゴリズムにしたがったプログラムが記憶されたプロセッサ等を具えて成るものである。
なお前記脈拍数・呼吸数の導出を外部機器に担わせるようにしてもよく、この場合にデータ処理部３１は、センサエレメント３０の出力信号の増幅、フィルタリング等を行うものとして構成される。

また前記無線部３２は、データ処理部３１から出力される信号を外部機器に無線送信するための部位であり、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｂｕｌｕｔｏｏｔｈ等の無線通信規格による通信を実現するための電子回路が具えられるものである。
なお無線部３２に代えて有線によって信号の送信を行う機器を採用することもできる。

次に前記センサモジュール３に接続される表示装置４について説明する。このものは無線部３２との間で通信を行うための電子回路と、受信された信号を例えばグラフで表示させるためのプロセッサと、このグラフを表示するための表示部とを具えてなるものである。
なお表示装置４として、例えばカーナビゲーションシステム、スマートホン等にその機能を担わせるようにしてもよい。

次に前記シートベルト５について説明すると、このものは例えば運転席に具えられるものの場合、まずシートの右側下部側方に、帯状のシートベルト本体５０が巻き取られるリトラクタ５１が配される。そしてリトラクタ５１から送り出されるシートベルト本体５０の進出端は、リトラクタ５１の上方に固定された上部ガイド５２におけるスリット状のターン案内部５２ａに通され、更にタングプレート５３におけるターン案内部５３ａに通された後、シートの右側下部側方のフロア付近に固定される。
このような構成が採られることにより、シートベルト本体５０にはリトラクタ５１によって常時巻き取り張力が作用するため、タングプレート５３をシート左側に引くことにより、シートベルト本体５０の進出長を調節することが可能となる。
そしてシートに着座したドライバーが、タングプレート５３をシート左側に引くとともに、シートの左側下部付近に固定されたバックル５５にタングプレート５３を結合させることにより、シートベルト５による身体の緩保持が図られるものである。

本発明の身体情報検出装置Ｄは、一例として上述したように構成されるものであり、シートに着座したドライバーの胸部付近（厳密には上腹部から肩にかけての範囲）に検出ユニット１が装着され、脈拍数、呼吸数を検出するものである。以下、身体情報検出装置Ｄの作動態様について説明する。

まず検出ユニット１をシートベルト本体５０に装着するものであり、展開状態のカバー体２の上面（折り込まれる際の内側面）にプローブホルダ１２を位置させる。
次いでこのプローブホルダ１２上にシートベルト本体５０を密接させ、カバー体２を二つ折りにし、更にフラップ２１を折り込むとともに面ファスナ２２、２３を互いに係合することにより、カバー体２によりシートベルト本体５０を包み込むようする（図２（ｃ））。
このようにしてカバー体２をシートベルト本体５０に組み付けることにより、プローブ１１が具えられた検出ユニット１のセッティングを容易に行うことができる。
なお上述の様に二つ折り状態とされるカバー体２の内側面に、前記プローブホルダ１２を予め固定しておくようにしてもよい。
またこの実施例では図１に示すように、シートベルト本体５０に組み付けられたカバー体２の表面に対してセンサモジュール３を組付けるようにした。

次いでドライバーはシートに着座し、タングプレート５３をシート左側に引くとともに、シートの左側下部付近に固定されたバックル５５にタングプレート５３を結合させることにより、シートベルト５による身体の緩保持を図るものでありり、プローブ１１を各別意識することなく、シートベルト５を装着する通常の動作によってプローブ１１を胸部に密接させた状態とすることができる。

この状態でセンサモジュール３及び表示装置４の電源をオンにし、両者の間での無線通信が可能な状態とする。
そしてドライバーの心拍・呼吸に伴う脈動が、カバー体２、プローブホルダ１２を通じてプローブ１１に伝達されるものであり、この脈動によってプローブ１１たる中空チューブ内の圧力が変動する。
この圧力変動はセンサエレメント３０に伝わり、データ処理部３１により圧力変化が解析され、脈拍数・呼吸数が導出される。
なおプローブ１１内の圧力変動には、車輌走行の振動によるもの、エンジンの振動によるもの、オーディオ機器による空気振動によるもの等も含まれるが、データ処理部３１による解析では、これらの成分を除去して正確な脈拍数・呼吸数が導出される。

次いでデータ処理部３１から出力される信号は、無線部３２によって表示装置４に伝送され、一例として図４に示すようなグラフとして表示される。
なお図４（ａ）に示すグラフは、停車中のドライバーの呼吸動・脈拍動を示すものであり、（ｂ）に示すグラフは、時速５０Ｋｍで走行中のドライバーの呼吸動・脈拍動を示すものである。
また図４に示す実施例では、体動状態（リアルタイム）も表示するようにした。

〔他の実施例〕
本発明は上述した実施例を基本となる実施例とするものであるが、本発明の技術的思想の範囲内において、例えば以下に示すような変更を行うことも可能である。
まず前記検出ユニット１の形態を、図３（ａ）に示すように、シートベルト５の上部ガイド５２のターン案内部５２ａに沿ってプローブ１１が設けられた形態とすることができるものである。
また検出ユニット１の形態を、図３（ｂ）に示すように、シートベルト５のタングプレート５３のターン案内部５３ａに沿ってプローブ１１が設けられた形態とすることもできるものである。
なおこれらの形態は、ドライバーの身体に検出ユニット１が触れないため圧迫感を生じさせることがなく、例えば妊婦等がドライバーとなる場合に好ましい形態である。

なお図３（ａ）、（ｂ）に示すように、プローブ１１はターン案内部５２ａ、５３ａの長手方向に沿って両面に亘り連続して平面視細Ｕ字状に設けられるものであり、このような構成が採られることにより、ドライバーの身体に密接したシートベルト本体５０を、プローブ１１に密接させることができる。このため、ドライバーの呼吸動・脈拍動をシートベルト本体５０を通じてプローブ１１に伝達することができる。
なおシートベルト本体５０を通じてプローブ１１に伝達される呼吸動・脈拍動は微小なものであるが、本発明の身体情報検出装置Ｄにおけるセンサエレメント３０は１パスカル（１／１０１３２５気圧）単位での極微小な気圧変動を検出することのできるものであるため、その検出が可能となるものである。

また上述した実施例では、本発明の身体情報検出装置Ｄにおける検出ユニット１を、身体を緩保持するベルトとしての自動車のシートベルト５に装着する形態を採ったが、身体を緩保持するベルトとしては、航空機、船舶、鉄道車両等のシートベルトであってもよい。

Ｄ 身体情報検出装置

１ 検出ユニット
１１ プローブ
１２ プローブホルダ
１２ａ 板材
１２ｂ 板材

２ カバー体
２１ フラップ
２２ 面ファスナ
２３ 面ファスナ

３ センサモジュール
３０ センサエレメント
３１ データ処理部
３２ 無線部

４ 表示装置

５ シートベルト
５０ シートベルト本体
５１ リトラクタ
５２ 上部ガイド
５２ａ ターン案内部
５３ タングプレート
５３ａ ターン案内部
５５ バックル

Claims (7)

1. 身体を緩保持するベルト周辺に対して検出ユニットを装着し、
   ベルト着用者の少なくとも脈拍、呼吸の状態を検出する身体情報検出装置であって、
   検出ユニットにおけるプローブは、一方の端部が閉鎖された中空チューブであり、
   他の開放された端部に圧力センサを接続し、これにより着用者の心拍・呼吸に伴う脈動による中空チューブの空間容積変化を圧力変化として検出し、
   脈拍数・呼吸数を少なくとも視覚表示できるようにしたことを特徴とする身体情報検出装置。
   
2. 前記検出ユニットが装着されるベルトは自動車のシートベルトであり、検出ユニットの装着位置はシートベルト着用者の胸部であることを特徴とする請求項１記載の身体情報検出装置
   
3. 前記検出ユニットには、プローブを密着状態に内装するプローブホルダが具えられ、
   更にシートベルト本体に巻き付けるためのカバー体が具えられていることを特徴とする請求項２記載の身体情報検出装置。
   
4. 前記プローブは、シートベルト本体に沿ってＵ字状に形成されていることを特徴とする請求項２または３記載の身体情報検出装置。
   
5. 前記検出ユニットが装着されるベルト周辺とは、自動車のシートベルトの上部ガイドであり、この上部ガイドのターン案内部に沿ってプローブが設けられていることを特徴とする請求項１記載の身体情報検出装置。
   
6. 前記検出ユニットが装着されるベルト周辺とは、自動車のシートベルトのタングプレートであり、このタングプレートのターン案内部に沿ってプローブが設けられていることを特徴とする請求項１記載の身体情報検出装置。
   
7. 前記チューブ状のプローブは、ターン案内部の長手方向に沿って両面に亘り連続して平面視細Ｕ字状に設けられていることを特徴とする請求項５または６記載の身体情報検出装置。