JP3892232B2 - Biological monitoring system - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光生体計測法を用いた生体監視システムに係り、特に、光生体計測法を使用して計測された生体の状態を示す出力信号に基づいて、例えば、車両運転中の運転手あるいは同乗者の身体状態を検出し、この検出結果により、居眠りに対する警報を発し、覚醒させるように環境を制御し、あるいは、外部機関に通報する等の処理を行うことのできる生体監視システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
光生体計測法を用いて生体の状態を監視し、その結果によりその生体の周辺にある各種の装置を制御することに関する従来技術として、例えば、特開平9−149894号公報等に記載された技術が知られている。
【0003】
この従来技術は、頭部に設けられ生体皮膚上に配置された少なくとも1つの光照射手段と、該光照射手段より前記生体皮膚に照射されることにより、生体皮膚の通過光を集光するため、生体皮膚上に配置された少なくとも1つの集光手段とを備え、集光手段により集光された生体通過光強度を計測し、この計測結果により生体の状態を監視し、その結果により、生体の近傍にある装置を制御するというものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来技術は、光照射手段と集光手段とを構成する光ファイバーを頭部の皮膚上に配置しなければならず、そのために、作業中の生体状態が監視される被監視者が光ファイバーが取り付けられたヘルメットを装着しなければならず、身体が拘束されることになり、被監視者にとって煩わしいものであるという問題点を有している。
【0005】
また、前述した従来技術は、例えば、車両運転中の運転手あるいは同乗者の身体状態を検出し、環境を制御する等の制御に関して充分な開示が行われているものではなく、車両運転中の運転手に対する安全性、他の車両に対する安全性の確保という点で、さらなる改良の必要のあるものである。
【0006】
本発明の目的は、前述した従来技術の問題点を解決し、作業中においても被監視者に対する拘束感をなくして、被監視者の状態を計測することができ、被監視者に対する安全性、操作中の装置による他装置に対する安全性の向上を図ることのできる生体監視システムを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば前記目的は、移動体の搭乗者の身体状態を監視する生体監視システムにおいて、搭乗者の身体の一部に光を照射し、搭乗者の身体からの光を受光する光導波部材と、前記光導波部材から搭乗者に照射された光が搭乗者の身体の一部を通過した光を検出する検出器と、前記検出器からの信号を処理して生体に起因した信号の信号処理を行う信号処理部と、前記信号処理部からの信号に基づいて搭乗者に刺激を与える刺激装置または、前記信号処理部からの信号に基づいて前記移動体を制御する制御部とを前記移動体の内部に備え、前記信号処理部は、1)前記信号を信号処理により、心拍または脈波の信号と、脳活動および呼吸の信号に分離し、2)前記搭乗者に刺激を与え前記搭乗者の脳活動を活性化させ、安静時の信号との差を評価することで脳活動と呼吸の信号に分離することにより達成される。
【0008】
本発明は、前述の手段を備えることにより、移動体の運転者、同乗者の脈、呼吸、脳活動等の生体情報をモニタして、運転者、同乗者の身体的情報を判定することができるので、必要に応じて、運転者、同乗者への警告や、環境のコントロール、移動体制御、外部への通報、警報を行うことができ、運転者、同乗者の安全のみならず、移動体の安全をも確保することができる。
【0009】
また、前記目的は、移動体の搭乗者の身体状態を監視する生体監視システムにおいて、搭乗者の動きに合わせて移動して搭乗者の身体の一部に光ビームを照射する光照射器と、搭乗者の身体の一部を通過した光ビームを集光する光集光器と、該光集光器からの光ビームを電気システムに変換して検出する検出器と、前記検出器からの信号を処理して生体に起因した信号の信号処理を行う信号処理部と、前記信号処理部からの信号に基づいて搭乗者に告知する刺激装置または、前記信号処理部からの信号に基づいて前記移動体を制御する制御部とを前記移動体の内部に備え、前記信号処理部は、1)前記信号を信号処理により、心拍または脈波の信号と、脳活動および呼吸の信号に分離し、2)前記搭乗者に刺激を与え前記搭乗者の脳活動を活性化させ、安静時の信号との差を評価することで脳活動と呼吸の信号に分離することにより達成される。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による生体監視システムの実施形態を図面により詳細に説明する。なお、以下に説明する本発明の実施形態は、本発明を移動体である車両の運転者あるいは同乗者の生体監視を行って身体の状態を検出し、この検出結果により、居眠りに対する警報を発し、覚醒させるように環境を制御し、あるいは、外部機関に通報する等の処理を行うことを可能にしたシステムに適用した例である。
【0011】
図1は本発明で利用する光生体計測装置の動作原理を説明する図であり、本発明の実施形態を説明する前に、まず、図1に示す光生体計測装置の動作原理について説明する。図1において、1−1、1−2は光源、2−1、2−2は光ファイバー、3は光方向性結合器、4−1、4−2は光源駆動装置、5は照射用光ファイバー、6は被監視者、7は集光用光ファイバー、8は光検出器、9−1、9−2は位相検波器、10−1、10−2はA/D変換器である。
【0012】
図1に示す光生体計測装置は、光を用いて脳機能の活動に伴う生体中の酸化及び還元ヘモグロビン濃度変化、血流による脈の状態、呼吸の状態を計測することができるようにしたものである。そして、図1に示す例は、照射する光の波長に2波長用いることにより、酸化ヘモグロビン濃度変化、還元ヘモグロビン濃度変化を、それぞれ独立して計測することができ、また、この変化を時間軸に沿って調べることにより、単位時間当たりの脈拍数、その大きさ、単位時間当たりの呼吸数、その大きさを計測することができる。図1には、2種類の波長を使用し、光照射位置及び光検出位置を1ヵ所設定するとして示しているが、使用する波長数を増加させ、また、光照射位置及び光検出位置を複数ヵ所とすることにより、計測精度を向上させることができると共に、酸化及び還元ヘモグロビン以外の物質濃度の計測が可能である。
【0013】
図1において、特定の波長を持つ光が、光源1−1及び1−2より発せられ、それぞれ光ファイバー2−1及び2−2に入射される。光源1−1からの波長は例えばλ1であり、光源1−2からの波長はλ2である。これらの波長は、400nmから2400nmの範囲から選択される。特に、生体中の血行動態を計測する場合、700nmから1100nmの範囲から選択することが、精度を上げるために望ましい。これは、この波長帯の光が、血流のある生体内部での光の透過性が高いためである。これ以上の波長の光は、水分による吸収が大きくなり、また、これ以下の波長帯の光は、ヘモグロビン血液自体の吸収が大きくなるので都合が悪い。
【0014】
光源1−1及び1−2は、それぞれ光源駆動回路4−1及び4−2により異なる周波数f1及びf2で強度変調されている。各駆動回路4−1及び4−2からの周波数信号は参照周波数信号として、それぞれ、位相検波器9−1及び9−2に入力されている。これは、酸化及び還元ヘモグロビン濃度変化値が混合された波長から、酸化と還元ヘモグロビン濃度値を別々に取り出すためである。
【0015】
光ファイバー2−1及び2−2は、光方向性結合器3と接続されており、光源1−1及び1−2からの光は混合され照射用光ファイバー5に入射される。照射用光ファイバー5から被監視者6の額面より光を照射し、集光用光ファイバー7で生体通過光を集光する。これにより、血液中を流れる酸化及び還元ヘモグロビン濃度の違による色の違いが計測される。動脈は、酸素飽和度(全ヘモグロビン中の酸化ヘモグロビンの占める割合)が高いが、静脈は、動脈と比較して酸素飽和度が低下している。
【0016】
照射用光ファイバー5と集光用光ファイバー7との間の距離は、計測位置により10mm〜50mmの距離の距離であってよい。集光用光ファイバー7で集光された生体通過光は、それぞれ光検出器8に入射され、各集光位置における生体通過光が光電変換及び増幅される。光検出器8は、光電子増倍管やアバランシェフォトダイオードを使用して構成することができる。光検出器8からの出力信号は、2分配された後に位相検波器9−1及び9−2に入力される。各位相検波器9−1、9−2に入力された信号は、照射した2波長の生体通過光が混合されているが、各位相検波器9−1及び9−2にはそれぞれ駆動回路4−1及び4−2から参照周波数が入力されているので、位相検波器9−1は、光源1−1から光の生体通過光強度を、位相検波器9−2は、光源1−2からの光の生体通過光強度を分離検出することができる。
【0017】
位相検波器9−1及び9−2で検出した生体通過光強度信号は、それぞれA/D変換器10−1及び10−2に入力され、デジタル信号に変換された後、演算装置11に取り込まれる。演算装置11は、取り込まれた2波長の通過光強度の時系列信号より、酸化ヘモグロビン濃度、還元ヘモグロビン濃度及び血液量を表す酸化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度の和を生体情報として演算する。また、演算装置11は、前述の変化を時間軸に沿って調べ、単位時間当たりの脈拍数、その大きさ、単位時間当たりの呼吸数、その大きさを生体情報として算出する。
【0018】
図2は図1に示す光生体計測装置により計測された信号の例をフーリエ変換した後の信号の周波数特性を示す図であり、図示例は、睡眠(安静)時における乳幼児の頭部の計測信号の例である。以下、これについて説明する。
【0019】
計測信号には、図2に示しているように、心拍(または脈波)及び脳活動及び呼吸周波数領域の信号が含まれている。心拍(または脈波)に関しては、図2から理解できるように、脳活動及び呼吸周波数とは周波数帯域が異なっているため、特別な手段を講じることなく、簡単なフィルタにより分離することが可能である。しかし、脳活動及び呼吸に関しては、周波数帯域が接近しており、被験者によっては分離することが困難である。この場合、特別な刺激、例えば、目に光を与える、特定の音をを聞かせる等により、脳活動を活性化て、図2に示すような安静時の信号との差を評価することにより、脳活動の成分と呼吸の成分とを分離することが可能となる。
【0020】
演算装置11により算出された前述したような生体情報について信号処理をさらに実行することにより、被監視者の身体状態、例えば、神経性発作の前兆、意識喪失、覚醒、眠気、睡眠、快不快、パニック、酒気帯び、酒酔い等の状態を識別することができる。
【0021】
本発明の実施形態は、前述したような生体監視方法により得られる各種の情報に基づいて、運転者等の身体状態に異常が生じた場合に、車両内の各種の機器を制御し、運転者、同乗者の安全を図ると共に、周囲の他の車両に対する安全をも図ることを可能にしたものである。
【0022】
図3は車両内に設置されて使用されている本発明の一実施形態による生体監視システムの構成を示すブロック図であり、以下、これについて説明する。図3において、201は車両、202は運転者、203は同乗者、204は検出器、205は光源、206は制御装置、207は各種センサ、208は信号処理部、209は車体制御装置、210は刺激制御装置、211は通信装置、212はモニター、213スピーカ、214はエアコンである。
【0023】
図3において、検出器204、光源205、制御装置206、実線及び点線で示す光ファイバーは、図1に示す光生体計測装置を構成するものである。そして、図に示す例は、光生体計測装置からの実線及び点線で示す照射用光ファイバー、集光用光ファイバーが車両201の運転者202の額、背中、ステアリングを握る手に延びており、また、同乗者の額、背中、首部、後頭部、側頭部に延びて、それぞれの位置に装着されている。なお、額、背中、首、頭に延びている照射用光ファイバー、集光用光ファイバーは、複数の位置に同時に装着される必要はなく、いずれか一方であってもよい。この場合、光ファイバーは、背もたれやヘッドレストに組み込まれ、背中、首や後頭部から側頭部にかけて装着する方が被監視者に、装着しているということを感じさせないようにすることができる。この場合にも、身体の状態を額に装着した場合と同様に検出することができる。また、ステアリングを握る手の装着されるファイバーは、圧力センサや身体の電気電導度計測装置(一般には、嘘発見器と呼ばれている)等と併用することにより、運転者202の緊張度等を身体状態の高精度な情報として検出するために有効である。また、頭部へいく光ファイバーは、脳波の検出とを併用することにより生体の状態の判定精度を上げることが可能となる。照射用光ファイバー、集光用光ファイバーの額への装着状態については後述する。
【0024】
図3に示す本発明の実施形態によるシステムは、前述したような光生体計測装置の他に、車両201の室内の環境の状態、例えば、温度、湿度、炭酸ガス濃度等を検出する各種のセンサ207と、光生体計測装置の一部を構成する制御装置206から図1により説明した演算装置11が算出出力する酸化ヘモグロビン濃度、還元ヘモグロビン濃度及び血液量を表す酸化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度との和、単位時間当たりの脈拍数、その大きさ、単位時間当たりの呼吸数、それらの大きさや時間変化の情報及びセンサ207からの情報を受け取って、被監視者である運転者202、同乗者203の身体状態、例えば、神経性発作の前兆、意識喪失、覚醒、眠気、睡眠、快不快、パニック、酒気帯び、酒酔い等の状態を識別する信号処理部208と、信号処理部208が発する身体状態を示す信号に基づいて、車両201の運転者202に警報を発し、あるいは、室内環境を変更して運転者202の覚醒を促す等のために、モニター212、スピーカ213、エアコン214等を制御する刺激装置210と、運転者202等の身体状態が、運転の継続が不可能なほど悪い状態、あるいは、危険な状態と判定された場合に、車両201を路側に移動して停止させる等の車体制御装置209と、このような事態の発生を、周辺を走行している他の車両に知らせ、あるいは、病院、警察等に通報するための通信装置211を備えて構成される。
【0025】
なお、信号処理部208が生体情報に基づいて、神経性発作の前兆、意識喪失、覚醒、眠気、睡眠、快不快、パニック、酒気帯び、酒酔い等の身体状態を識別する処理動作については、従来技術の欄に示した特開平9−149894号公報にその詳細が開示されているので、ここでは、その説明を省略する。
【0026】
前述において、刺激装置210が制御している機器の内スピーカ213は、ラジオ等のスピーカであってよい。刺激装置210は、運転者202が眠気を催しているような状態、不快を感じているような状態のとき、スピーカ213から警報音を発し、または、ラジオのスピーカである場合、その音量を大きくして覚醒を促し、あるいは、エアコン214を制御して、快適に感じる室内環境を作る等の制御を行う。また、図示していないが、運転者の覚醒を促す方法として、運転者202の顔の一部に僅かな水を噴霧することができる噴霧器を設け、刺激装置210の制御により水を噴霧する、運転者202の身体の一部に電気的な刺激を与える装置を設けて、刺激装置210からの制御により刺激を与える、座席に振動を加える装置を設けて、刺激装置210からの制御により座席を振動させるようにする方法を使用することもできる。さらに、光を点滅させる、あるいは、エアコン214から強風を吹き出させて、運転者202を覚醒させるようにしてもよい。
【0027】
また、車体制御装置209は、信号処理部208からの運転者202等の身体状態の情報が、神経性発作の前兆、意識喪失、睡眠、パニック等を示している場合、車両201を路側に安全に停止させる等の車両の制御を行い、また、通信装置211は、前述したような車体制御装置209が車両201の制御を行うばあい、信号処理部208からの運転者202等の身体状態の情報が、神経性発作の前兆、意識喪失等の緊急状態を示している場合、周辺を走行している他の車に状況を伝え、また、病院、警察等への通報を行う。
【0028】
図4は前述したような本発明の一実施形態での処理動作を説明するフローチャートであり、以下、これについて説明する。なお、ここでは、運転者202の身体状態を監視するものとして説明する。
【0029】
(1)まず、図1により説明した光生体計測装置が運転者202の生体の状態を計測し、制御装置206から各種の生体情報を出力する(ステップ301)。
【0030】
(2)信号処理部208は、制御装置206から受け取った各種の生体情報に基づいて、運転者の身体状態を把握し、その結果、身体状態が良い状態にあるか否かを判定する。この判定が、良い状態であった場合、ステップ301の処理に戻って処理を繰り返す。なお、ステップ301の計測の処理は、一定時間毎に実行されるものとする(ステップ302、303)。
【0031】
(3)ステップ303の判定で、運転者202の身体状態が良い状態でない場合、すなわち、前述したような運転手が覚醒状態にない各種の身体状態になっていると判断した場合、信号処理部208は、刺激装置210を介して、前述で説明したよう運転者の覚醒を促す刺激を与えて警報を行う(ステップ304)。
【0032】
(4)警報を行った回数をカウントする初期状態で“0”とされているカウンタに“1”を加算して、カウンタの値が予め定めた値“n”になるまで、ステップ301の処理に戻って処理を続ける。カウンタに“1”ずつ加算して得られる値は、運転者202に刺激を与えても運転者202が覚醒状態にならない繰り返し回数であり、運転者202の身体状態の種類により予め定められており、例えば、運転者が神経性発作の前兆を示す身体状態にある場合、n=1に定められ、また、運転者が眠気を催していることを示す身体状態にある場合、n=5等と定められる。なお、nの値は、運転者202に与える刺激の大きさにより変化させるようにすることができ、また、刺激の回数を重ねる毎に刺激の大きさが大きくなるようにすることもできる。また、実際にnを設定する際には、回数だけでなく時間として設定するようにしてもよい(ステップ305)。
【0033】
(5)ステップ305で、運転手202にn回の刺激を与えても、運転者の身体状態が覚醒状態にならなかったという結果が得られた場合、信号処理部208は、通信装置211を介して外部への通報を行うと共に、車体制御装置209に車両の安全な停止を指示する。外部への通報は、病院、誘導システムの管理者、付近を走行している他の車両、歩行者等に対して行われる。付近を走行している他の車両、歩行者等に対して行われる通報は、例えば、ハザードランプによるもの、警報音によるもの等であってよい(ステップ306、307)。
【0034】
前述では、運転者202の身体状態を監視するとして説明したが、同乗者203の身体状態も同様に監視して処理を行うことができる。但し、この場合、同乗者203の身体状態の異常は、同乗者203が幼児等の場合、運転者202に知らせることが重要であり、音声等による警報を発するだけでもよい。但し、運転者のいない移動体の場合、例えば、乳幼児等の同乗者だけを残して放置されているような場合、外部への通報は不可欠である。
【0035】
図5は本発明の一実施形態での他の処理動作を説明するフローチャートであり、以下、これについて説明する。なお、ここでも、運転者202の身体状態を監視するものとして説明する。
【0036】
この例での処理は、ステップ401〜403の処理により、運転者202に対して、まず、何らかの刺激を与え、その刺激に反応させた後に、図1により説明した光生体計測装置が運転者202の生体の状態を計測するものである。運転者202に対して刺激を与える処理は、信号処理部208の指示により刺激装置210を介して行われる。この場合の刺激は、例えば、光の点滅、軽い振動等であってよい。ステップ403の処理で生体情報が得られた後のステップ404〜409の処理は、図4のフローにより説明したステップ302〜307での処理と同様に行われる。
【0037】
図6は本発明の一実施形態でのさらに他の処理動作を説明するフローチャートであり、以下、これについて説明する。なお、この例での処理は、運転者202、同乗者203のいずれの身体状態を監視するものであってもよい。
【0038】
図4に示したフローで説明した場合と同様に、ステップ501〜503の処理で、図1により説明した光生体計測装置が運転者202または同乗者203の生体の状態を計測し、信号処理部208が運転者202または同乗者203の身体状態を判定する。信号処理部208は、ステップ504の処理で、判定した身体状態に基づいて、エアコン214の設定の変更、イス、ミラー等の設置状況の変更、室内へ流される音楽等の開始、ラジオの受信周波数の変更等の室内環境の変更を行う。この例の場合の処理は、運転者202または同乗者203が不快を感じている身体状態にある場合、あるいは、軽い眠気を感じている場合等の処理として有効である。
【0039】
図7は本発明の一実施形態でのさらに他の処理動作を説明するフローチャートであり、以下、これについて説明する。なお、前述までの処理の例は、車両が運行状態にある場合の例として説明したが、ここで説明する例は、運転者202が車両の運転を開始する前に、運転者の身体状態を監視して車両の運行の可否を決定することを可能にした例である。
【0040】
図7の処理において、運転者202が座席に着座すると、ステップ601〜603の処理で、図4に示したフローで説明した場合と同様に、ステップ501〜503の処理で、図1により説明した光生体計測装置が運転者202の生体の状態を計測し、信号処理部208が運転者202の身体状態を判定する。ステップ603での運転者の身体状態が覚醒状態となっているかいなかの判定で、覚醒状態である場合、信号処理部208は、ステップ604で車両の始動を許可する。また、ステップ603での判定で、運転者の身体状態が覚醒状態にない場合、例えば、酒酔いあるいは酒気帯びの状態にある場合、信号処理部208は、ステップ605、606でその旨の警告を発して、車両の始動を不可とする。
【0041】
図8、図9は図1により説明した照射用光ファイバー、集光用光ファイバーの額への装着に使用する眼鏡状に形成したヘッドマウントの構成を説明する図である。図8、図9において、71はファイバー保持具、72はヘッドマウント本体、73は支持穴、74はベルト、75は連結具、81はグラストロンである。
【0042】
図8(a)に示す例のヘッドマウントは、ヘッドマウント本体72がバネ性のある樹脂、あるいは、バネ性のある薄い鋼帯を樹脂で包んで薄い鉢巻き状に額に沿った半円形にカールした形状に形成され、額の前面側に位置する部分に長い支持穴73が設けられて構成され、ヘッドマウント本体72の両端部にゴム等の延び縮み可能なベルト74と連結具75とを結合して構成される。この例のヘッドマウントは、照射用光ファイバー、集光用光ファイバーを保持するファイバー保持具71が、図8(b)に示すように、照射用光ファイバー5、集光用光ファイバー7の両者を保持することができるように、2つの円柱状の支持部材を所定の距離だけ離して連結して構成されている。円柱状の支持部材のファイバーの端面が位置する部分には、穴が開けられ、ファイバーの端面からの光が額に向けて射出され、また、額からの光がファイバーの端面に入射可能に構成されている。そして、ファイバー保持具71は、ヘッドマウント本体72の支持穴73に、ヘッドマウントを装着したときに、ファイバーの端面が額に向き合うように保持される。
【0043】
ヘッドマウントを使用する運転者、同乗者は、前述したように構成されるヘッドマウントを鉢巻きをするように、額の部分にファイバー保持具が位置するように装着して使用する。ファイバー保持具71は、支持穴71の長手方向に移動可能にヘッドマウント本体に支持されているので、ファイバー保持具71を支持穴の長手方向に移動させて測定部位を移動させることができる。本発明の実施形態は、車両の運転者、同乗者の身体の状態を監視するためのものであるので、特に、運転者の場合、計測が可能で、運転の邪魔にならない位置にファイバー保持具をセットすればよい。
【0044】
図に示す例は、照射用光ファイバー5、集光用光ファイバー7の始末の仕方について示していないが、これらのファイバーをヘッドマウント本体72に添わせて、あるいは、内部に通して使用者の背面に引き出すようにするとよい。
【0045】
図8(c)に示す例は、ファイバー保持具71を照射用光ファイバー5、集光用光ファイバー7のそれぞれを保持するように独立に構成したものである。この場合も、各ファイバー保持具71は、ヘッドマウント本体72の支持穴73に取り付けられて使用される。この例の場合、照射用光ファイバー5、集光用光ファイバー7の相互間の距離を調整して、最も効果的に計測を行うことが可能な距離に設定することができる。そして、この場合も、照射用光ファイバー5、集光用光ファイバー7の始末の仕方は、前述の場合と同様であってよい。
【0046】
前述で説明した例は、照射用光ファイバー5、集光用光ファイバー7がファイバー保持具71からストレートに導かれるようにファイバー保持具71に取り付けられているが、図8(d)に示すように、ファイバー保持具71を円弧状に形成して、ファイバー71の内部で照射用光ファイバー5、集光用光ファイバー7を90度曲げてから外部に引き出すようにしてもよい。この場合、照射用光ファイバー5、集光用光ファイバー7の始末が容易となる。
【0047】
図9に示す例のヘッドマウントは、眼鏡タイプの表示装置であるグラストロン81と、図8(d)に示したヘッドマウントとを組み合わせて構成したヘッドマウントの例である。図9に示すヘッドマウントは、ゲーム機等の表示装置として使用されるグラストロンまたは眼鏡81と組み合わされているので、子供等の同乗者が車両内でゲームを楽しんでいる場合にも、違和感を与えることなく、身体の状態を監視するために使用することができる。この図9に示す例のヘッドマウントは、通常の表示装置を使用したり、眼鏡を使用しない場合、グラストロンまたは眼鏡81を外して、図8の示したヘッドマウントと同様に使用することができる。
【0048】
図8、図9により、ヘッドマウントの例を説明したが、ヘッドマウントは、種々の説明した例とは異なる構成とすることができる。例えば、全体をバネ性のある樹脂、または、バネ性のある鋼帯を樹脂でモールドして、そのバネの力だけで頭部に保持できるように構成することができる。また、ヘッドレストに取り付けておき、運転者が着座したときに、自然に装着されるような構成とすることもできる。
【0049】
図10は本発明の他の実施形態の原理を説明する図、図11は車両内に設置されて使用されている本発明の他の実施形態による生体監視システムの構成を示すブロック図であり、以下、これについて説明する。図10、図11において、901は光照射器、902はレンズ、903、905は偏光板、904はカメラ、906はメモリ、907は画像処理装置、1001、1002は走査回路である。
【0050】
前述した本発明の実施形態は、照射用光ファイバー5、集光用光ファイバー7をヘッドマウントに装着し、照射用光ファイバー5、集光用光ファイバー7の端面を使用者の額に近接あるいは接触させているが、ヘッドマウントが軽く違和感なく装着することができるものであっても、実際の使用に当たって、ある程度の違和感を感じさせることになる。また、ファイバーを車室内の天井等に敷設しなければならず、その設置に多くの工数が必要となる。本発明の他の実施形態は、非接触で生体の状態を計測することを可能としたものである。
【0051】
まず、本発明の他の実施形態の原理について、図10を参照して説明する。
【0052】
本発明の他の実施形態は、車室の天井等に設けた光照射器により照射光を光ビームとして運転者等の額を走査するように照射し、また、額からの光を集光する集光器を利用して、あるいは、カメラ等を光検出器として利用して検出することにより生体の監視を行うものである。
【0053】
図10に示すように、光照射器901からの光は、レンズ902、偏光板903を介して光ビームとして運転者等の額を照射する。その際、光ビームは、1点だけを照射するのではなく、図に示すように、額の左右方向に走査して照射を行う。一方、光検出器としてのカメラ904は、運転者等の額から顔面にかけてを、偏光板905を介して撮像する。光照射器901に設けられる偏光板903と、カメラ904に設けられる偏光板905とは、カメラ904が、光源とは異なる偏光による表面反射のない画像を得るために必要である。
【0054】
カメラ904からの画像は、一旦、メモリ格納され、特定の領域の情報が図3で説明した制御装置206に入力されて生体状態の計測に使用されると共に、全画像情報が画像処理装置907に入力される。画像処理装置907は、被写体としての運転者等の動きを検出して、光源となる光照射器901のビームの方向を制御し、正しい位置に光ビームがくるように、あるいは、光ビームが目に入らないように制御すると共に、制御装置206に入力される生体状態の計測領域が正しくなるようにカメラ904の向きを制御する等の体動に対する補正を行う。前述において、搭乗者の目の位置を抽出し、前記光ビームと目の位置とが所定の距離内に達した場合に、前記光照射器からの光ビームの照射を停止するように制御するようにしてもよい。
【0055】
次に、図11を参照して、本発明の他の実施形態についての具体的な構成を説明する。図11から判るように、光照射器901、光検出器としてのカメラ904は、車室内の天井部に取り付けられている。これらに接続されている走査回路1001と1002は、光照射器901からの光ビームの走査を制御し、カメラ904の向きを制御するものであり、独立のものとして備えられる必要はなく、それぞれ、光照射回路902、カメラ904の内部に設けられていてよい。また、メモリ906、画像処理装置907は、図示の都合で天井部に設置しているように示しているが、これらは、他の場所に説明されていてよく、また、メモリ906は、画像処理装置907の内部に設けられていてよい。
【0056】
図11には示していないが、図3により説明したと同様に、制御装置206、各種のセンサ207、信号処理部208、車体制御装置209、刺激装置210、通信装置211、モニター212、スピーカ213、エアコン214が設けられ、制御装置206により生体の状態が計測されて、図4〜図7により説明したと同様な処理が行われる。
【0057】
前述した本発明の実施形態は、自動車等の車両の運転者、同乗者の身体状態を監視するとして説明したが、本発明は、飛行機、電車等の全ての移動手段の運転者、同乗者の身体状態を監視するためにも適用することができ、これらの移動手段の運転中に、眠気、疲労、いらいら感、レッドアウト、ブラックアウト等、運転に支障をきたす感覚を判定して警報を与えることができる。
【0058】
前述した本発明の実施形態によれば、移動体の運転者、同乗者の脈、呼吸、脳活動等の生体情報をモニタして、運転者、同乗者の身体的情報を判定することができるので、必要に応じて、運転者、同乗者への警告や、環境のコントロール、移動体制御、外部への通報、警報を行うことができ、運転者、同乗者の安全のみならず、移動体の安全をも確保することができる。
【0059】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、移動体の運転等の作業中においても被監視者に対する拘束感をなくして、被監視者の状態を計測することができ、被監視者に対する安全性、操作中の装置による他装置に対する安全性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で利用する光生体計測装置の動作原理を説明する図である。
【図2】図1に示す光生体計測装置により計測された信号の例をフーリエ変換した後の信号の周波数特性を示す図である。
【図3】車両内に設置されて使用されている本発明の一実施形態による生体監視システムの構成を示すブロック図である。
【図4】本発明の一実施形態での処理動作を説明するフローチャートである。
【図5】本発明の一実施形態での他の処理動作を説明するフローチャートである。
【図6】本発明の一実施形態でのさらに他の処理動作を説明するフローチャートである。
【図7】本発明の一実施形態でのさらに他の処理動作を説明するフローチャートである。
【図8】照射用光ファイバー、集光用光ファイバーの額への装着に使用するヘッドマウントの構成を説明する図(その1)である。
【図9】照射用光ファイバー、集光用光ファイバーの額への装着に使用するヘッドマウントの構成を説明する図(その2)である。
【図10】本発明の他の実施形態の原理を説明する図である。
【図11】車両内に設置されて使用されている本発明の他の実施形態による生体監視システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1−1、1−2 光源
2−1、2−2 光ファイバー
3 光方向性結合器
4−1、4−2 光源駆動装置
5 照射用光ファイバー
6 被監視者
7 集光用光ファイバー
8 光検出器
9−1、9−2 位相検波器
10−1、10−2 A/D変換器
201 車両
202 運転者
203 同乗者
204 検出器
205 光源
206 制御装置
207 各種センサ
208 信号処理部
209 車体制御装置
210 刺激制御装置
211 通信装置
212 モニター
213スピーカ
214 エアコン
71 ファイバー保持具
72 ヘッドマウント本体
73 支持穴
74 ベルト
75 連結具
81 グラストロンまたは眼鏡
901 光照射器
902 レンズ
903、905 偏光板
904 カメラ
906 メモリ
907 画像処理装置
1001、1002 走査回路
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a biological monitoring system using an optical biological measurement method. To In particular, based on the output signal indicating the state of the living body measured using the optical biological measurement method, for example, the physical state of the driver or the passenger during the driving of the vehicle is detected, and the result of the detection is used to make a doze. A biological monitoring system that can control the environment so as to wake up and awaken, or perform processing such as reporting to an external organization To Related.
[0002]
[Prior art]
For example, a technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-149894 is known as a conventional technique for monitoring the state of a living body using an optical biometric method and controlling various devices around the living body based on the result. It has been known.
[0003]
In this prior art, at least one light irradiating means provided on the head and disposed on the biological skin, and the light irradiating means irradiates the biological skin to collect light passing through the biological skin. And at least one condensing means arranged on the living body skin, measuring the intensity of light passing through the living body condensed by the condensing means, and monitoring the state of the living body based on the measurement result, The device in the vicinity of is controlled.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the prior art described above, the optical fiber constituting the light irradiating means and the light condensing means must be arranged on the skin of the head. The attached helmet must be worn, and the body is restrained, which is problematic for the person being monitored.
[0005]
In addition, the above-described conventional technology is not sufficiently disclosed, for example, regarding the control of detecting the physical condition of the driver or passengers while driving the vehicle and controlling the environment. There is a need for further improvement in terms of ensuring safety for the driver and safety for other vehicles.
[0006]
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, eliminate the sense of restraint on the monitored person even during work, and measure the state of the monitored person. Biological monitoring that can improve the safety of other devices by the device being operated System It is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, an object of the present invention is to provide an optical waveguide for irradiating a part of a passenger's body with light and receiving light from the passenger's body in a living body monitoring system for monitoring the physical state of the passenger of the moving body. A member, a detector for detecting light that has passed through a part of the occupant's body, and light emitted to the occupant from the optical waveguide member; and a signal generated from the living body by processing a signal from the detector A signal processing unit that performs signal processing, and a stimulation device that provides stimulation to a passenger based on a signal from the signal processing unit Alternatively, a control unit that controls the moving body based on a signal from the signal processing unit And provided inside the moving body The signal processing unit 1) separates the signal into a heartbeat or pulse wave signal and a brain activity / respiration signal by signal processing, and 2) stimulates the occupant to control the occupant's brain activity. Activated and separated into brain activity and breathing signals by evaluating the difference from resting signals Is achieved.
[0008]
By providing the above-described means, the present invention can monitor biological information such as a driver of a moving body, a passenger's pulse, respiration, and brain activity to determine physical information of the driver and the passenger. It is possible to perform warnings to drivers and passengers, environmental control, moving body control, external notifications and alarms as necessary, so that not only driver and passenger safety but also movement Safety of the body can also be ensured.
[0009]
Also, the purpose is In a living body monitoring system that monitors the physical condition of a passenger of a moving object, a light irradiator that moves in accordance with the movement of the passenger and irradiates a part of the passenger's body with a light beam, and one of the passenger's body A light collector that collects the light beam that has passed through the unit, a detector that converts the light beam from the light collector into an electrical system and detects it, and processes a signal from the detector to a living body. A signal processing unit that performs signal processing of the signal caused, a stimulator that notifies a passenger based on a signal from the signal processing unit, or a control unit that controls the moving body based on a signal from the signal processing unit The signal processing unit 1) separates the signal into a heartbeat or pulse wave signal and a brain activity / respiration signal by signal processing, and 2) stimulates the occupant. To activate the occupant's brain activity and Separating the signals of the respiratory and brain activity by evaluating the difference between the No. Is achieved.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the biological monitoring system according to the present invention will be described. Of Embodiments will be described in detail with reference to the drawings. The embodiment of the present invention described below detects the state of the body by performing living body monitoring of a driver or a passenger of a vehicle that is a moving object, and issues a warning for dozing according to the detection result. This is an example applied to a system that enables processing such as controlling the environment to wake up or notifying an external organization.
[0011]
FIG. 1 is a diagram for explaining the operating principle of the optical biometric device used in the present invention. Before describing the embodiment of the present invention, the operational principle of the optical biometric device shown in FIG. 1 will be described first. In FIG. 1, 1-1, 1-2 are light sources, 2-1, 2-2 are optical fibers, 3 is an optical directional coupler, 4-1, 4-2 are light source driving devices, 5 is an optical fiber for irradiation, 6 is a person to be monitored, 7 is a condensing optical fiber, 8 is a photodetector, 9-1 and 9-2 are phase detectors, and 10-1 and 10-2 are A / D converters.
[0012]
The optical biometric apparatus shown in FIG. 1 can measure the oxidation and reduction hemoglobin concentration change in the living body accompanying the activity of the brain function, the state of the pulse due to the blood flow, and the state of respiration using light. It is. In the example shown in FIG. 1, by using two wavelengths of light to irradiate, it is possible to independently measure changes in oxyhemoglobin concentration and deoxyhemoglobin concentration, and this change on the time axis. By examining along, it is possible to measure the pulse rate per unit time, its magnitude, the respiratory rate per unit time, and its magnitude. FIG. 1 shows that two types of wavelengths are used and one light irradiation position and one light detection position are set. However, the number of wavelengths used is increased, and a plurality of light irradiation positions and light detection positions are provided. By setting the location, the measurement accuracy can be improved, and the concentration of substances other than oxidized and reduced hemoglobin can be measured.
[0013]
In FIG. 1, light having a specific wavelength is emitted from light sources 1-1 and 1-2 and is incident on optical fibers 2-1 and 2-2, respectively. The wavelength from the light source 1-1 is, for example, λ1, and the wavelength from the light source 1-2 is λ2. These wavelengths are selected from the range of 400 nm to 2400 nm. In particular, when measuring hemodynamics in a living body, it is desirable to select from a range of 700 nm to 1100 nm in order to increase accuracy. This is because the light in this wavelength band has high light transmissivity inside the living body with blood flow. Light having a wavelength longer than this is unfavorably absorbed by moisture, and light having a wavelength shorter than this is inconvenient because the absorption of hemoglobin blood itself is increased.
[0014]
The light sources 1-1 and 1-2 are intensity-modulated at different frequencies f1 and f2 by light source drive circuits 4-1 and 4-2, respectively. The frequency signals from the drive circuits 4-1 and 4-2 are input as reference frequency signals to the phase detectors 9-1 and 9-2, respectively. This is because the oxidized and reduced hemoglobin concentration values are extracted separately from the wavelength where the oxidized and reduced hemoglobin concentration change values are mixed.
[0015]
The optical fibers 2-1 and 2-2 are connected to the optical directional coupler 3, and light from the light sources 1-1 and 1-2 is mixed and incident on the irradiation optical fiber 5. Light is irradiated from the face of the person 6 to be monitored from the irradiation optical fiber 5, and the living body passing light is condensed by the condensing optical fiber 7. Thereby, the difference in color due to the difference in the concentration of oxidized and reduced hemoglobin flowing in the blood is measured. The arteries have high oxygen saturation (the proportion of oxyhemoglobin in the total hemoglobin), but the veins have lower oxygen saturation than the arteries.
[0016]
The distance between the irradiation optical fiber 5 and the condensing optical fiber 7 may be a distance of 10 mm to 50 mm depending on the measurement position. The light passing through the living body collected by the condensing optical fiber 7 is incident on the photodetector 8, and the light passing through the living body at each condensing position is photoelectrically converted and amplified. The photodetector 8 can be configured using a photomultiplier tube or an avalanche photodiode. The output signal from the photodetector 8 is divided into two and then input to the phase detectors 9-1 and 9-2. The signals input to the phase detectors 9-1 and 9-2 are mixed with the irradiated biological light of two wavelengths, and each phase detector 9-1 and 9-2 has a drive circuit 4 respectively. Since the reference frequency is input from -1 and 4-2, the phase detector 9-1 receives the intensity of light passing through the living body from the light source 1-1, and the phase detector 9-2 receives the light from the light source 1-2. The intensity of the light passing through the living body can be separated and detected.
[0017]
The biological light intensity signals detected by the phase detectors 9-1 and 9-2 are input to the A / D converters 10-1 and 10-2, converted into digital signals, and then taken into the arithmetic unit 11. It is. The computing device 11 computes the sum of oxyhemoglobin concentration, deoxyhemoglobin concentration, and oxyhemoglobin concentration representing the blood volume and deoxyhemoglobin concentration as biological information from the time-series signal of the two-wavelength transmitted light intensity. Further, the arithmetic unit 11 examines the above change along the time axis, and calculates the pulse rate per unit time, the magnitude thereof, the respiration rate per unit time, and the magnitude thereof as biological information.
[0018]
FIG. 2 is a diagram illustrating frequency characteristics of a signal after Fourier transform is performed on the example of the signal measured by the optical biometric apparatus illustrated in FIG. 1. In the illustrated example, the head of the infant is measured during sleep (rest). It is an example of a signal. This will be described below.
[0019]
As shown in FIG. 2, the measurement signal includes a heart rate (or pulse wave), brain activity, and respiration frequency region signals. As can be understood from FIG. 2, the heart rate (or pulse wave) is different from the brain activity and the respiration frequency, so that it can be separated by a simple filter without taking special measures. is there. However, with regard to brain activity and respiration, the frequency bands are close, and it is difficult for some subjects to separate. In this case, by activating the brain activity by applying a special stimulus, for example, giving light to the eyes, listening to a specific sound, etc., and evaluating the difference from the signal at rest as shown in FIG. It becomes possible to separate the component of brain activity and the component of respiration.
[0020]
By further executing signal processing on the biological information as described above calculated by the arithmetic device 11, the physical condition of the monitored person, for example, a precursor of a neurological seizure, loss of consciousness, arousal, drowsiness, sleep, pleasant discomfort, It can identify states such as panic, drunkenness, and drunkness.
[0021]
The embodiment of the present invention controls various devices in a vehicle when an abnormality occurs in the physical state of the driver or the like based on various information obtained by the biological monitoring method as described above, and the driver In addition to ensuring the safety of passengers, it is also possible to achieve safety for other vehicles in the vicinity.
[0022]
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a living body monitoring system according to an embodiment of the present invention installed and used in a vehicle, which will be described below. In FIG. 3, 201 is a vehicle, 202 is a driver, 203 is a passenger, 204 is a detector, 205 is a light source, 206 is a control device, 207 is various sensors, 208 is a signal processing unit, 209 is a vehicle body control device, 210 Is a stimulation control device, 211 is a communication device, 212 is a monitor, 213 speaker, and 214 is an air conditioner.
[0023]
In FIG. 3, a detector 204, a light source 205, a control device 206, and optical fibers indicated by solid lines and dotted lines constitute the optical biological measurement apparatus shown in FIG. In the example shown in the figure, the optical fiber for irradiation and the optical fiber for condensing indicated by the solid line and the dotted line from the optical biological measuring device extend to the forehead, back and steering wheel of the driver 202 of the vehicle 201, It extends to the passenger's forehead, back, neck, occipital region, and temporal region and is mounted at each position. Note that the irradiation optical fiber and the condensing optical fiber extending to the forehead, back, neck, and head do not need to be mounted at a plurality of positions at the same time, and any one of them may be used. In this case, the optical fiber is incorporated in the backrest and the headrest, so that it is possible to prevent the person to be monitored from feeling that the optical fiber is worn from the back, neck or back of the head to the temporal region. In this case as well, the body condition can be detected in the same manner as when the body is worn on the forehead. The fiber attached to the hand that holds the steering wheel is used in combination with a pressure sensor, a body electrical conductivity measuring device (generally called a lie detector), etc. It is effective for detecting as a highly accurate information on the body condition. In addition, the optical fiber going to the head can be used in combination with the detection of an electroencephalogram to increase the accuracy of determination of the state of the living body. The mounting state of the irradiation optical fiber and the condensing optical fiber on the forehead will be described later.
[0024]
The system according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 3 includes various sensors for detecting the state of the environment inside the vehicle 201, for example, temperature, humidity, carbon dioxide concentration, etc., in addition to the optical biometric device as described above. 207 and the oxygenated hemoglobin concentration and the reduced hemoglobin concentration representing the oxygenated hemoglobin concentration, the reduced hemoglobin concentration, and the blood volume calculated and output by the calculation device 11 described with reference to FIG. 1 from the control device 206 that constitutes a part of the optical biological measuring device. Sum, pulse rate per unit time, magnitude, respiration rate per unit time, information on the magnitude and time change and information from sensor 207 are received, and driver 202 and passenger 203 are monitored persons. Identifies the physical condition of a person, such as signs of neurological seizures, loss of consciousness, arousal, sleepiness, sleep, pleasant discomfort, panic, drunkenness, drunkness, etc. Based on the processing unit 208 and a signal indicating the physical state issued by the signal processing unit 208, an alarm is issued to the driver 202 of the vehicle 201, or the indoor environment is changed to encourage the driver 202 to wake up. When the physical state of the stimulator 210 that controls the monitor 212, the speaker 213, the air conditioner 214, etc., and the driver 202 is determined to be so bad that the driving cannot be continued or a dangerous state, A vehicle body control device 209 for moving the vehicle 201 to the roadside and stopping it, and communication for notifying other vehicles running in the vicinity of the occurrence of such a situation or reporting to a hospital, police, etc. A device 211 is provided.
[0025]
In addition, regarding the processing operation that the signal processing unit 208 identifies a physical state such as a precursor of neurological seizure, loss of consciousness, arousal, sleepiness, sleep, pleasant discomfort, panic, drunkenness, drunkenness based on biological information, Since the details are disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-149894 shown in the column of the prior art, the description thereof is omitted here.
[0026]
In the above description, the internal speaker 213 of the device controlled by the stimulation apparatus 210 may be a speaker such as a radio. The stimulator 210 emits an alarm sound from the speaker 213 when the driver 202 feels drowsy or feels uncomfortable, or increases the volume when the driver 202 is a radio speaker. Then, arousal is promoted or the air conditioner 214 is controlled to perform control such as creating a comfortable indoor environment. Although not shown, as a method for promoting the driver's awakening, a sprayer capable of spraying a small amount of water on a part of the driver 202's face is provided, and water is sprayed under the control of the stimulator 210. A device for applying electrical stimulation to a part of the body of the driver 202 is provided, and a device for applying vibration to the seat is provided by the control from the stimulation device 210, and the seat is controlled by the control from the stimulation device 210. It is also possible to use a method of making it vibrate. Further, the driver 202 may be awakened by flashing light or blowing strong wind from the air conditioner 214.
[0027]
In addition, the vehicle body control device 209 makes the vehicle 201 safe on the roadside when the information on the physical state of the driver 202 or the like from the signal processing unit 208 indicates a sign of neurological seizure, loss of consciousness, sleep, panic, etc. The communication device 211 controls the vehicle state such as the driver 202 from the signal processing unit 208 when the vehicle body control device 209 controls the vehicle 201 as described above. If the information indicates an emergency condition such as a precursor of a neurological seizure or loss of consciousness, the situation is reported to other vehicles that are driving nearby, and reports are made to hospitals, police, etc.
[0028]
FIG. 4 is a flowchart for explaining the processing operation in the embodiment of the present invention as described above. This will be described below. Here, the description will be made assuming that the physical state of the driver 202 is monitored.
[0029]
(1) First, the optical biological measurement apparatus described with reference to FIG. 1 measures the state of the living body of the driver 202 and outputs various biological information from the control apparatus 206 (step 301).
[0030]
(2) The signal processing unit 208 grasps the driver's physical state based on various biological information received from the control device 206, and as a result, determines whether or not the physical state is in a good state. If this determination is in a good state, the processing returns to step 301 and is repeated. Note that the measurement processing in step 301 is executed at regular intervals (steps 302 and 303).
[0031]
(3) If it is determined in step 303 that the physical condition of the driver 202 is not good, that is, if it is determined that the driver is in various physical states that are not awake, the signal processing unit 208 gives an alarm by stimulating the driver's arousal as explained above through the stimulator 210 (step 304).
[0032]
(4) Add the “1” to the counter that is set to “0” in the initial state of counting the number of times of alarming, and the process of step 301 until the counter value becomes a predetermined value “n” Return to and continue processing. The value obtained by adding “1” to the counter is the number of repetitions that the driver 202 does not enter the awake state even when the driver 202 is stimulated, and is determined in advance by the type of the physical state of the driver 202. For example, when the driver is in a physical state indicating a precursor of a neurological seizure, n = 1, and when the driver is in a physical state indicating that the driver is drowsy, n = 5 etc. Determined. Note that the value of n can be changed according to the magnitude of the stimulus given to the driver 202, and the magnitude of the stimulus can be increased each time the number of stimuli is repeated. Further, when n is actually set, it may be set not only as the number of times but also as time (step 305).
[0033]
(5) If the result that the driver's physical condition did not change to the awake state even if the driver 202 is given n times of stimulation in step 305 is obtained, the signal processing unit 208 switches the communication device 211 to And instructing the vehicle body control device 209 to stop the vehicle safely. Reporting to the outside is made to the hospital, the manager of the guidance system, other vehicles running in the vicinity, pedestrians, and the like. The notification made to other vehicles, pedestrians, and the like traveling in the vicinity may be, for example, a hazard lamp, a warning sound, or the like (steps 306 and 307).
[0034]
In the above description, it has been described that the physical condition of the driver 202 is monitored. However, the physical condition of the passenger 203 can be similarly monitored and processed. However, in this case, it is important to notify the driver 202 of an abnormality in the physical condition of the passenger 203 when the passenger 203 is an infant or the like, and it may only issue a warning by voice or the like. However, in the case of a moving body without a driver, for example, when only a passenger such as an infant is left unattended, notification to the outside is indispensable.
[0035]
FIG. 5 is a flowchart for explaining another processing operation according to an embodiment of the present invention, which will be described below. Here, the description will be made assuming that the physical state of the driver 202 is monitored.
[0036]
In the processing in this example, first, a stimulus is given to the driver 202 by the processing in steps 401 to 403, and after reacting to the stimulus, the photobiological measuring device described with reference to FIG. It measures the state of the living body. The process of giving a stimulus to the driver 202 is performed via the stimulator 210 according to an instruction from the signal processing unit 208. The stimulus in this case may be, for example, flashing light, light vibration, or the like. The processes in steps 404 to 409 after the biological information is obtained in the process of step 403 are performed in the same manner as the processes in steps 302 to 307 described with reference to the flow of FIG.
[0037]
FIG. 6 is a flowchart for explaining still another processing operation according to an embodiment of the present invention. This will be described below. The process in this example may monitor either the driver 202 or the passenger 203.
[0038]
As in the case described in the flow shown in FIG. 4, in the processing in steps 501 to 503, the optical biological measurement apparatus described in FIG. 1 measures the biological state of the driver 202 or the passenger 203, and a signal processing unit 208 determines the physical condition of the driver 202 or the passenger 203. Based on the physical condition determined in step 504, the signal processing unit 208 changes the setting of the air conditioner 214, changes the installation status of chairs, mirrors, etc., starts music played in the room, and the radio reception frequency Change the indoor environment such as changing the room. The process in this example is effective as a process when the driver 202 or the passenger 203 feels uncomfortable, or feels light sleepiness.
[0039]
FIG. 7 is a flowchart for explaining still another processing operation according to the embodiment of the present invention. This will be described below. In addition, although the example of the processing up to the above has been described as an example in the case where the vehicle is in an operating state, the example described here is to determine the physical state of the driver before the driver 202 starts driving the vehicle. This is an example in which it is possible to monitor and determine whether or not the vehicle can be operated.
[0040]
In the process of FIG. 7, when the driver 202 is seated on the seat, the process of steps 601 to 603 is the same as that described in the flow shown in FIG. The optical biometric apparatus measures the state of the living body of the driver 202, and the signal processing unit 208 determines the physical state of the driver 202. If it is determined in step 603 whether or not the driver's physical condition is an awake state, if the driver is in an awake state, the signal processing unit 208 permits the start of the vehicle in step 604. Further, when the determination in step 603 shows that the driver is not in an awake state, for example, if the driver is in a drunk or drunk state, the signal processing unit 208 gives a warning to that effect in steps 605 and 606. And the vehicle cannot be started.
[0041]
FIGS. 8 and 9 are diagrams for explaining the configuration of the head mount formed in the shape of glasses used for mounting the irradiation optical fiber and the condensing optical fiber described in FIG. 1 on the forehead. 8 and 9, 71 is a fiber holder, 72 is a head mount body, 73 is a support hole, 74 is a belt, 75 is a connector, and 81 is a glasstron.
[0042]
In the head mount of the example shown in FIG. 8A, the head mount main body 72 is curled in a semicircular shape along a forehead in a thin headband shape by wrapping a thin resin strip with a spring property or a thin steel strip with a spring property. A long support hole 73 is provided in a portion located on the front side of the forehead, and a stretchable belt 74 such as rubber is coupled to the connecting tool 75 at both ends of the head mount main body 72. Configured. In the head mount of this example, the fiber holder 71 that holds the irradiation optical fiber and the condensing optical fiber holds both the irradiation optical fiber 5 and the condensing optical fiber 7, as shown in FIG. 8B. The two cylindrical support members are connected by being separated by a predetermined distance. A hole is made in the part where the end face of the fiber of the cylindrical support member is located, and the light from the end face of the fiber is emitted toward the forehead, and the light from the forehead can enter the end face of the fiber Has been. The fiber holder 71 is held so that the end face of the fiber faces the forehead when the head mount is mounted in the support hole 73 of the head mount main body 72.
[0043]
Drivers and passengers who use the head mount are used by mounting the head mount configured as described above so that the fiber holder is positioned on the forehead portion so as to form a headband. Since the fiber holder 71 is supported by the head mount main body so as to be movable in the longitudinal direction of the support hole 71, the measurement site can be moved by moving the fiber holder 71 in the longitudinal direction of the support hole. Since the embodiment of the present invention is for monitoring the state of the body of the driver and passenger of the vehicle, in particular, in the case of the driver, the fiber holder can be measured at a position that does not interfere with driving. Should be set.
[0044]
Although the example shown in the figure does not show how to clean the irradiation optical fiber 5 and the condensing optical fiber 7, these fibers are attached to the head mount main body 72 or passed through the inside of the user's back surface. It should be pulled out.
[0045]
In the example shown in FIG. 8C, the fiber holder 71 is configured independently so as to hold the irradiation optical fiber 5 and the condensing optical fiber 7. Also in this case, each fiber holder 71 is used by being attached to the support hole 73 of the head mount body 72. In the case of this example, the distance between the irradiation optical fiber 5 and the condensing optical fiber 7 can be adjusted so that the distance can be measured most effectively. Also in this case, the manner of cleaning the irradiation optical fiber 5 and the condensing optical fiber 7 may be the same as described above.
[0046]
In the example described above, the irradiation optical fiber 5 and the condensing optical fiber 7 are attached to the fiber holder 71 so as to be guided straight from the fiber holder 71. As shown in FIG. The fiber holder 71 may be formed in an arc shape so that the irradiation optical fiber 5 and the condensing optical fiber 7 are bent 90 degrees inside the fiber 71 and then drawn out to the outside. In this case, it becomes easy to clean the irradiation optical fiber 5 and the condensing optical fiber 7.
[0047]
The head mount of the example shown in FIG. 9 is an example of a head mount configured by combining Glasstron 81, which is a glasses-type display device, and the head mount shown in FIG. The head mount shown in FIG. 9 is combined with a glasstron or glasses 81 used as a display device for a game machine or the like, so even when a passenger such as a child enjoys a game in the vehicle, the head mount is uncomfortable. Can be used to monitor body condition without giving. The head mount of the example shown in FIG. 9 can be used in the same manner as the head mount shown in FIG. 8 by removing the glasstron or the glasses 81 when using a normal display device or not using glasses. .
[0048]
Although the example of the head mount has been described with reference to FIGS. 8 and 9, the head mount can be configured differently from the various described examples. For example, the whole can be configured to be held on the head only by the force of the spring by molding a resin having a spring property or a steel strip having a spring property with resin. Moreover, it can also be set as a structure which attaches to a headrest and is mounted | worn naturally when a driver | operator sits down.
[0049]
FIG. 10 is a diagram for explaining the principle of another embodiment of the present invention. FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of a living body monitoring system according to another embodiment of the present invention installed and used in a vehicle. This will be described below. 10 and 11, 901 is a light irradiator, 902 is a lens, 903 and 905 are polarizing plates, 904 is a camera, 906 is a memory, 907 is an image processing apparatus, and 1001 and 1002 are scanning circuits.
[0050]
In the above-described embodiment of the present invention, the irradiation optical fiber 5 and the condensing optical fiber 7 are mounted on the head mount, and the end surfaces of the irradiation optical fiber 5 and the condensing optical fiber 7 are close to or in contact with the forehead of the user. However, even if the head mount can be mounted lightly and without a sense of incongruity, a certain amount of incongruity will be felt in actual use. Further, the fiber must be laid on the ceiling or the like in the passenger compartment, and a lot of man-hours are required for the installation. Another embodiment of the present invention makes it possible to measure the state of a living body without contact.
[0051]
First, the principle of another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0052]
In another embodiment of the present invention, a light irradiator provided on a ceiling or the like of a passenger compartment emits irradiation light as a light beam so as to scan a forehead of a driver or the like, and collects light from the forehead. The living body is monitored by detecting using a condenser or using a camera or the like as a photodetector.
[0053]
As shown in FIG. 10, the light from the light irradiator 901 irradiates a forehead of a driver or the like as a light beam through a lens 902 and a polarizing plate 903. At that time, the light beam does not irradiate only one point, but irradiates by scanning in the horizontal direction of the forehead as shown in the figure. On the other hand, a camera 904 as a light detector captures an image from the driver's forehead to the face through the polarizing plate 905. The polarizing plate 903 provided in the light irradiator 901 and the polarizing plate 905 provided in the camera 904 are necessary for the camera 904 to obtain an image without surface reflection due to polarized light different from that of the light source.
[0054]
An image from the camera 904 is temporarily stored in a memory, information on a specific area is input to the control device 206 described with reference to FIG. 3 and used for measurement of a biological state, and all image information is stored in the image processing device 907. Entered. The image processing device 907 detects the movement of a driver or the like as a subject and controls the direction of the beam of the light irradiator 901 as a light source so that the light beam comes to the correct position or the light beam is in the eye. The body movement is corrected such that the orientation of the camera 904 is controlled so that the measurement region of the biological state input to the control device 206 is correct. In the above, the position of the passenger's eyes is extracted, and when the light beam and the position of the eyes reach within a predetermined distance, control is performed to stop the irradiation of the light beam from the light irradiator. It may be.
[0055]
Next, a specific configuration of another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As can be seen from FIG. 11, the light irradiator 901 and the camera 904 as a light detector are attached to the ceiling of the vehicle interior. The scanning circuits 1001 and 1002 connected to these control the scanning of the light beam from the light irradiator 901 and control the orientation of the camera 904, and need not be provided as independent units. The light irradiation circuit 902 and the camera 904 may be provided inside. In addition, the memory 906 and the image processing apparatus 907 are illustrated as being installed on the ceiling for convenience of illustration, but these may be described elsewhere, and the memory 906 may be image processing. It may be provided inside the device 907.
[0056]
Although not shown in FIG. 11, as described with reference to FIG. 3, the control device 206, various sensors 207, the signal processing unit 208, the vehicle body control device 209, the stimulation device 210, the communication device 211, the monitor 212, and the speaker 213. The air conditioner 214 is provided, the state of the living body is measured by the control device 206, and the same processing as described with reference to FIGS. 4 to 7 is performed.
[0057]
The above-described embodiment of the present invention has been described as monitoring the physical condition of a driver or passenger of a vehicle such as an automobile, but the present invention is not limited to drivers or passengers of all moving means such as airplanes and trains. It can also be applied to monitor the physical condition, and gives warnings while judging the feelings that hinder driving such as sleepiness, fatigue, irritability, redout, blackout, etc. be able to.
[0058]
According to the above-described embodiment of the present invention, it is possible to determine the physical information of the driver and the passenger by monitoring the biological information such as the driver, the passenger's pulse, respiration, and brain activity of the moving body. Therefore, if necessary, warnings for drivers and passengers, environmental control, mobile control, external reporting and warnings can be performed, not only for driver and passenger safety, but also for mobiles. Can be secured.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to measure the state of the monitored person without any sense of restraint on the monitored person even during the operation of the moving body, and the safety for the monitored person. It is possible to improve the safety of other devices by the device being operated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining the operating principle of an optical biological measurement apparatus used in the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating frequency characteristics of a signal after Fourier transform is performed on an example of a signal measured by the optical biological measurement apparatus illustrated in FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a living body monitoring system according to an embodiment of the present invention installed and used in a vehicle.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a processing operation according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart illustrating another processing operation according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart illustrating still another processing operation according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart illustrating still another processing operation according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram (No. 1) for explaining the configuration of a head mount used for mounting an irradiation optical fiber and a condensing optical fiber on a forehead.
FIG. 9 is a diagram (No. 2) for explaining the configuration of the head mount used for mounting the irradiation optical fiber and the condensing optical fiber on the forehead.
FIG. 10 is a diagram illustrating the principle of another embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a living body monitoring system according to another embodiment of the present invention installed and used in a vehicle.
[Explanation of symbols]
1-1, 1-2 Light source
2-1, 2-2 Optical fiber
3 Optical directional coupler
4-1, 4-2 Light source driving device
5 Optical fiber for irradiation
6 monitored person
7 Optical fiber for condensing
8 Photodetector
9-1, 9-2 Phase detector
10-1, 10-2 A / D converter
201 Vehicle
202 Driver
203 Passenger
204 detector
205 light source
206 Control device
207 Various sensors
208 Signal processor
209 Car body control device
210 Stimulus control device
211 Communication device
212 monitor
213 speaker
214 air conditioner
71 Fiber holder
72 Head Mount Body
73 Support hole
74 belts
75 couplings
81 Glasstron or glasses
901 Light irradiator
902 lens
903, 905 Polarizing plate
904 camera
906 memory
907 image processing apparatus
1001, 1002 Scanning circuit

Claims (9)

移動体の搭乗者の身体状態を監視する生体監視システムにおいて、
搭乗者の身体の一部に光を照射し、搭乗者の身体からの光を受光する光導波部材と、
前記光導波部材から搭乗者に照射された光が搭乗者の身体の一部を通過した光を検出する検出器と、
前記検出器からの信号を処理して生体に起因した信号の信号処理を行う信号処理部と、
前記信号処理部からの信号に基づいて搭乗者に刺激を与える刺激装置または、前記信号処理部からの信号に基づいて前記移動体を制御する制御部とを前記移動体の内部に備え
前記信号処理部は、1)前記信号を信号処理により、心拍または脈波の信号と、脳活動および呼吸の信号に分離し、2)前記搭乗者に刺激を与え前記搭乗者の脳活動を活性化させ、安静時の信号との差を評価することで脳活動と呼吸の信号に分離することを特徴とする生体監視システム。
In a biological monitoring system for monitoring the physical condition of a passenger of a moving object,
An optical waveguide member that irradiates a part of the body of the passenger and receives light from the body of the passenger;
A detector for detecting light that has passed through a part of the occupant's body when the light applied to the occupant from the optical waveguide member;
A signal processing unit that processes a signal from the detector and performs signal processing of a signal caused by a living body;
A stimulating device that gives a stimulus to a passenger based on a signal from the signal processing unit or a control unit that controls the moving body based on a signal from the signal processing unit is provided inside the moving body ,
The signal processing unit 1) separates the signal into a heartbeat or pulse wave signal and a brain activity / respiration signal by signal processing, and 2) stimulates the occupant to activate the occupant's brain activity. The biological monitoring system is characterized in that it is separated into signals of brain activity and respiration by evaluating the difference from the signal at rest .
前記信号処理部からの信号を外部に通報する無線連絡手段を備えることを特徴とする請求項1記載の生体監視システム。  The living body monitoring system according to claim 1, further comprising wireless communication means for reporting a signal from the signal processing unit to the outside. 前記制御部は、前記信号処理部からの信号を速度の制御指令として、移動体の速度を制御することを特徴とする請求項1または2記載の生体監視システム。 The control unit, as a signal speed control command of from the signal processing unit, a biological monitoring system according to claim 1, wherein the benzalkonium to control the speed of the moving body. 前記制御部は、前記信号処理部からの信号により移動体内の温度湿度の環境を制御することを特徴とする請求項1、2または3記載の生体監視システム。The living body monitoring system according to claim 1 , wherein the control unit controls an environment of temperature and humidity in the moving body based on a signal from the signal processing unit. 移動体の搭乗者の身体状態を監視する生体監視システムにおいて、
搭乗者の動きに合わせて移動して搭乗者の身体の一部に光ビームを照射する光照射器と、
搭乗者の身体の一部を通過した光ビームを集光する光集光器と、
該光集光器からの光ビームを電気システムに変換して検出する検出器と、
前記検出器からの信号を処理して生体に起因した信号の信号処理を行う信号処理部と、
前記信号処理部からの信号に基づいて搭乗者に告知する刺激装置または、前記信号処理部からの信号に基づいて前記移動体を制御する制御部とを前記移動体の内部に備え
前記信号処理部は、1)前記信号を信号処理により、心拍または脈波の信号と、脳活動および呼吸の信号に分離し、2)前記搭乗者に刺激を与え前記搭乗者の脳活動を活性化させ、安静時の信号との差を評価することで脳活動と呼吸の信号に分離することを特徴とする生体監視システム。
In a biological monitoring system for monitoring the physical condition of a passenger of a moving object,
A light illuminator that moves in accordance with the movement of the passenger and irradiates a part of the passenger's body with a light beam;
A light concentrator for collecting the light beam that has passed through a part of the passenger's body;
A detector that converts a light beam from the light concentrator into an electrical system for detection;
A signal processing unit that processes a signal from the detector and performs signal processing of a signal caused by a living body;
A stimulating device for notifying a passenger based on a signal from the signal processing unit or a control unit for controlling the moving body based on a signal from the signal processing unit is provided inside the moving body ,
The signal processing unit 1) separates the signal into a heartbeat or pulse wave signal and a brain activity / respiration signal by signal processing, and 2) stimulates the occupant to activate the occupant's brain activity. The biological monitoring system is characterized in that it is separated into signals of brain activity and respiration by evaluating the difference from the signal at rest .
前記光照射器は、搭乗者の目の位置を抽出し、前記光ビームと目の位置とが所定の距離内に達した場合に、光ビームの照射を停止するように制御されることを特徴とする請求項5記載の生体監視システム。  The light irradiator is controlled to extract the position of the passenger's eyes and stop the irradiation of the light beam when the light beam and the position of the eyes reach within a predetermined distance. The living body monitoring system according to claim 5. 移動体の搭乗者の身体状態を監視する生体監視システムにおいて、
搭乗者の動きに合わせて、また、搭乗者の身体の一部を走査するように移動して搭乗者の身体の一部に光ビームを照射する、光を絞ってビームとするレンズと光の偏光方向を揃える第1の偏光板とを有する光照射器と、
搭乗者の身体の一部を通過した光ビームの特定の偏光方向の光を通過させる第2の偏光板を介した光を検出する検出器としてのカメラと、
前記検出器としてのカメラからの信号を処理して生体に起因した信号の信号処理を行う信号処理部と、
前記信号処理部からの信号に基づいて搭乗者に告知する刺激装置または、前記信号処理部からの信号に基づいて前記移動体を制御する制御部とを前記移動体の内部に備え
前記信号処理部は、1)前記信号を信号処理により、心拍または脈波の信号と、脳活動および呼吸の信号に分離し、2)前記搭乗者に刺激を与え前記搭乗者の脳活動を活性化させ、安静時の信号との差を評価することで脳活動と呼吸の信号に分離することを特徴とする生体監視システム。
In a biological monitoring system for monitoring the physical condition of a passenger of a moving object,
Along with the movement of the occupant, it also moves to scan a part of the occupant's body and irradiates a part of the occupant's body with a light beam. A light irradiator having a first polarizing plate that aligns the polarization direction;
A camera as a detector that detects light through a second polarizing plate that transmits light of a specific polarization direction of a light beam that has passed through a part of a passenger's body;
A signal processing unit that processes a signal from the camera as the detector and performs signal processing of a signal caused by a living body;
A stimulating device for notifying a passenger based on a signal from the signal processing unit or a control unit for controlling the moving body based on a signal from the signal processing unit is provided inside the moving body ,
The signal processing unit 1) separates the signal into a heartbeat or pulse wave signal and a brain activity / respiration signal by signal processing, and 2) stimulates the occupant to activate the occupant's brain activity. The biological monitoring system is characterized in that it is separated into signals of brain activity and respiration by evaluating the difference from the signal at rest .
前記検出器により検出される信号から得られる身体情報を示す信号は、血液内の酸化ヘモグロビン濃度及び還元ヘモグロビン濃度であることを特徴とする請求項1ないし7のうちいずれか1記載の生体監視システム。  The biological monitoring system according to any one of claims 1 to 7, wherein the signal indicating physical information obtained from the signal detected by the detector is an oxygenated hemoglobin concentration and a reduced hemoglobin concentration in blood. . 前記信号処理部は前記信号をフーリエ変換することにより、心拍または脈波の信号と、脳活動および呼吸の信号に分離することを特徴とする請求項1、5または7に記載の生体監視システム。The biological monitoring system according to claim 1, wherein the signal processing unit separates a heartbeat or pulse wave signal and a brain activity / respiration signal by performing Fourier transform on the signal.
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