JP4736558B2 - 生体情報検出センサー及び生体状態検出装置 - Google Patents

Description

本発明は生体情報検出センサー及び生体状態検出装置に係り、特に車両に搭載されて運転者の生体情報を検出する生体情報検出センサー及び生体状態検出装置に関する。

近年、生体情報である運転者の心拍を検出し、この検出結果を運転制御に活用することにより、より安全で良好なドライバビィリティを実現する試みが行われている。この制御を正確かつ確実に行うためには、運転者の心拍を正確に検出する必要がある。

従来、運転者の心拍を検出する生体情報検出センサーとして、特許文献１に開示されたものが知られている。特許文献１に開示された生体情報検出センサーは、密閉空気式音センサーをシートベルトに取り付け、運転者の心拍をこの密閉空気式音センサー内のマイクロホン或いは圧力センサーで検出する構成とされていた。
特開２００１−２８６４４８号公報

しかしながら、従来の生体情報検出センサーは、密閉空気式音センサー（マイクロホン或いは圧力センサー）をシートベルト上の特定の一点に配置した構成とされていた。即ち、従来の生体情報検出センサーでは、シートベルト上の一点のみでしか運転者の心拍を検出することができなかった。

このため、身長の高低、体型の大小により運転者に対する密閉空気式音センサーの位置が変化し、よってセンサー位置が運転者の心臓位置からずれてしまう。そして、センサー位置が心臓位置からずれた場合には、心拍を確実に検出することができなくなり、生体情報の検出精度が大きく低下してしまう。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、生体の体型等に拘らず心拍情報を確実に検出しうる生体情報検出センサー及び生体状態検出装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。

請求項１記載の発明は、
車両のシートベルトに取り付けられ運転者の心拍を計測する生体情報検出センサーであって、
圧電材料を用いており前記運転者の心拍を計測するセンサー本体を、前記シートベルトの長手方向に延在するよう配設し、
前記シートベルトの前記センサー本体の裏側を覆う裏部を、前記シートベルトの前記センサー本体の表側を覆う表部より薄く形成したこと特徴とするものである。

上記発明によれば、センサー本体を圧電材料を用いた構成としたことにより、圧電材料はシートベルトの広い範囲に配設することができるため、広い検出範囲において運転者の心拍を計測することが可能となる。また、この圧電材料よりなるセンサー本体をシートベルトの長手方向に延在するよう配設したことにより、運転者の体格に拘らず常に運転者の心拍を計測することが可能となる。

即ち、従来のようにセンサーがシートベルトの一点に配設された構成では、身長の高低、体型の大小により運転者に対するセンサーの位置が変化し、よってセンサー位置が運転者の心臓位置からずれてしまう。しかしながら、本発明のように、センサーをシートベルトの長手方向に延在するよう配設することにより、センサーは広い範囲に存在する構成となる。このため、身長の高低、体型の大小に拘らずセンサーは運転者の心臓と対向する位置に位置することとなり、運転者の体型等に拘らず精度の高い生体情報検出を行うことが可能となる。

また、請求項２記載の発明は、
請求項１記載の生体情報検出センサーにおいて、
前記圧電材料から心拍計測信号を取り出す電極を、前記圧電材料を挟み、かつ前記圧電材料に沿って前記シートベルトの長手方向に延在するよう配設したことを特徴とするものである。

上記発明によれば、圧電材料を挟むと共に圧電材料に沿ってシートベルトの長手方向に延在するよう構成された電極を用いて圧電材料から心拍計測信号を取り出す構成としたため、センサーをシートベルトの長手方向に延在するよう配設しても、圧電材料からなるセンサーから心拍計測信号を確実に取り出すことができる。

請求項３記載の発明は、
車両に搭載され、運転者の心拍に基づき運転者の生体状態を検出する生体状態検出装置において、
請求項１又は２記載の生体情報検出センサーと、
該生体情報検出センサーが検出する運転者の心拍信号より心拍間隔時間を計測する心拍間隔時間計測手段と、
該心拍間隔時間計測手段で計測される心拍間隔時間の内、正常範囲外の心拍間隔時間を除去する正常範囲抽出手段と、
一定時間内における前記心拍間隔時間の最大連続上昇回数と最大連続下降回数を検出する下降／上昇回数検出手段と、
該正常範囲抽出手段により抽出された心拍間隔時間、及び前記下降／上昇回数検出手段により抽出された前記最大連続上昇回数及び前記最大連続下降回数に基づき、運転者の生体状態を検出する生体状態検出手段とを有することを特徴とするものである。

上記発明によれば、生体情報検出センサー及び心拍間隔時間計測手段で計測される心拍間隔時間の内、正常範囲外の心拍間隔時間を正常範囲抽出手段により除去し、正常な心拍間隔時間に基づき運転者の生体状態を検出するため、生体状態を正確に検出することが可能となる。

上述の如く本発明によれば、運転者の体型等に拘らず精度の高い生体情報検出を行うことが可能となる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。

図１乃至図３は、本発明の一実施例である生体情報検出センサー内蔵シートベルト１０（以下、シートベルト１０という）を示している。図１はシートベルト１０の横断面図であり、図２はシートベルト１０の部分切裁した斜視図であり、図３はシートベルト１０の使用態様を示す図である。

本実施例に係るシートベルト１０は、内部に生体情報検出センサー１２を組み込んだ構成とされている。しかしながら、このシートベルト１０は通常のシートベルトと同様に運転者をシートに固定する機能を奏するものである。このため、シートベルト１０には、リトラクタ２５，バックル２７及びタング２８等が設けられており、タング２８をバックル２７に装着することにより運転者はシート（図示せず）に固定される。

このシートベルト１０に設けられる生体情報検出センサー１２は、図１及び図２に示すように、圧電材料１４を中心に挟んで、その外側に外側電極１３が、また内側（運転者側）に内側電極１５が配設された構成とされている。

本実施例では、圧電材料１４として圧電セラミックを用いている（以下、圧電セラミック１４という）。この圧電セラミック１４は圧電性を発揮するセラミックであり、例えばＰＺＴ(Pb(Zr,Ti)O₃系）を用いることができる。

上記のように圧電セラミック１４はシートベルト１０に内設されるものであり、またシートベルト１０は図３に示されるように運転者に装着されて使用されるものである。このため、シートベルト１０の装着性を維持する点より、圧電セラミック１４は運転者の体に応じて変形する必要がある。更に、シートベルト１０は、不使用時においては巻き取られた状態で収納される。このため、本実施例で用いている圧電セラミック１４は、変形可能な構成とされている。上記構成とされた圧電セラミック１４は、シートベルト１０の長手方向に沿って、後述する条件を満たす長さを持って配設されている。

尚、本実施例では圧電材料として圧電セラミック１４を用いているが、圧電材料はこれに限定されるものではなく、上記のように変形可能で圧電効果を奏するものであれば、他の圧電材料を用いることも可能である。

外側電極１３及び内側電極１５は、導電性材料よりなる帯状の電極である。この各電極１３，１５は、圧電セラミック１４に沿ってシートベルト１０の長手方向に配設されている。また、各電極１３，１５の材質は特に限定されるものではないが、導電性金属箔或いは樹脂フィルムに導体パターンが形成された基板等を用いることができる。この各電極１３，１５も、前記した圧電セラミック１４と同様に運転者の体に応じて変形可能な構成とされている。また、各電極１３，１５は、図１に示すようにアンプ１９を介してＥＣＵ２０に接続されている。

従って、例えば図１に運転者から図中矢印Ｆで示す心拍が生体情報検出センサー１２に対して印加された場合、この心拍Ｆは圧電セラミック１４に伝達され、圧電セラミック１４ではこの心拍Ｆに応じた電気分極が発生する。これにより、外側電極１３と内側電極１５との間に電位差が生じ、これをアンプ１９で増幅した上でＥＣＵ２０はこれを検出する。従って、シートベルト１０に設けられた生体情報検出センサー１２を用いて、ＥＣＵ２０は運転者の心拍を計測することが可能となる。

この際、本実施例では各電極１３，１５の長さを圧電セラミック１４の長さと略等しくなるよう構成している。よって、運転者の体型等によりその心臓位置が変化し、これにより圧電効果が発生する位置が変化しても、確実に生体情報検出センサー１２が生成する心拍計測信号を取り出すことができる。

一方、生体情報検出センサー１２の外側にはシートベルト表布１６が、運転者側にはシートベルト裏布１７が、両側部にはシートベルト側布１８が配設されている。シートベルト１０としての強度は、このシートベルト表布１６，シートベルト裏布１７，及びシートベルト側布１８により実現されている。また、シートベルト裏布１７については、運転者の心拍を生体情報検出センサー１２に伝達する必要性があるため、シートベルト表布１６に対して薄く形成されている。従って、シートベルト１０としての強度は、実質的にシートベルト表布１６において実現されている。

上記したように、本実施例に係るシートベルト１０では、運転者の心拍を計測する生体情報検出センサー１２を、シートベルト１０の長手方向に延在するよう配設した構成としている。これにより、シートベルト１０に沿って生体情報検出センサー１２は広い範囲に配設されるため、運転者の心拍を広い検出範囲において計測することが可能となり、運転者の体格に拘らず常に運転者の心拍を計測することが可能となる。

即ち、従来のようにセンサーがシートベルトの一点に配設された構成では、運転者の身長の高低や体型の大小により運転者に対するセンサーの位置が変化し、よってセンサー位置が運転者の心臓位置からずれてしまうおそれがあった。

これに対して本実施例に係るシートベルト１０では、生体情報検出センサー１２をシートベルト１０の長手方向に延在するよう配設することにより、生体情報検出センサー１２は広い範囲に存在する構成となる。このため、身長の高低、体型の大小に拘らず生体情報検出センサー１２は運転者の心臓と対向する位置に位置することとなり、運転者の体型等に拘らず精度の高い生体情報検出を行うことが可能となる。このため、本実施例における生体情報検出センサー１２の配設長さは、経験的に知られる運転者の体型の全てを網羅しうる長さに設定されている。

続いて、上記構成とされたシートベルト１０（生体情報検出センサー１２）から送信される心拍計測信号に基づき、ＥＣＵ２０が実施する運転者の緊張状態を検出する処理について説明する。図４は、運転者の緊張状態検出処理を示すフローチャートである。同図に示すフローチャートは、イグニションスイッチがオンされることにより起動する処理である。

同図に示す処理が起動すると、先ずステップ１０（図では、ステップをＳと略称している）において、心拍間隔時間Ｔnewを計測する。この心拍間隔時間Ｔnewは、前回生体情報検出センサー１２から送信された拍計測信号の送信時刻と、今回生体情報検出センサー１２から送信された拍計測信号の送信時刻との間の時間である。

続くステップ１２では、ステップ１０で求められた心拍間隔時間Ｔnewが正常範囲内であるかどうかが判定される。ここで、心拍間隔時間Ｔnewの正常範囲とは、人の心臓の心拍間隔時間の範囲は個人差はあるものの、ある一定の範囲内にある。よって、この範囲よりも長い時間である場合には、生体情報検出センサー１２で検出された信号が拍計測信号ではなく何らかの外乱であると判断し、この拍計測信号をステップ１４以降の処理に反映しないようにした。これにより、運転者の緊張状態検出処理の精度を高めることができる。

尚、ここで考えられる外乱としては、生体情報検出センサー１２による心拍測定中に運転者がシートベルト１０を引き出す動作をした場合、心拍以外の圧力がシートベルト１０に印加された場合等が考えられる。

ステップ１２で心拍間隔時間Ｔnewが正常範囲であると判断されると、続くステップ１４では、イグニションスイッチがオンされた時から現在までの心拍間隔時間Ｔnewの平均時間（平均心拍間隔時間Ｔ_AVE）が演算される。また、ステップ１６では、３分前までの心拍間隔時間Ｔnewの最大連続上昇回数Ｎ_{ＭＡＸｕｐ}と、最大連続下降回数Ｎ_{ＭＡＸｄｗ}が演算される。

上記したステップ１４及びステップ１６により、平均心拍間隔時間Ｔ_AVE、最大連続上昇回数Ｎ_{ＭＡＸｕｐ}、及び最大連続下降回数Ｎ_{ＭＡＸｄｗ}が演算されると、処理はステップ１８に進む。このステップ１８では、今回計測された拍間隔時間Ｔnewが、平均心拍間隔時間Ｔ_AVEに補正値αを加算した値より大きいかどうかが判定（Ｔnew≧Ｔ_AVE＋α）されると共に、最大連続上昇回数Ｎ_{ＭＡＸｕｐ}が規定値βより大きいかどうかが判定（Ｎ_{ＭＡＸｕｐ}≧β）される。ここで、補正値αは外乱要素を除去するための定数であり、また規定値βは人が緊張状態にある場合に示す最大連続上昇回数Ｎ_{ＭＡＸｕｐ}の最低値である。これらは、予め実験的に求められたものである。

ステップ１８において、今回計測された拍間隔時間Ｔnewが平均心拍間隔時間Ｔ_AVEに補正値αを加算した値より大きく、かつ最大連続上昇回数Ｎ_{ＭＡＸｕｐ}が規定値βよりも大きいと判断された場合は、運転者は緊張した状態である。よって、この場合にはステップ２０に進み、ドライバ緊張状態フラグをオンする構成とした。

一方、ステップ１８において、今回計測された拍間隔時間Ｔnewが平均心拍間隔時間Ｔ_AVEに補正値αを加算した値未満であり、かつ最大連続上昇回数Ｎ_{ＭＡＸｕｐ}が規定値β未満である場合は、運転者はリラックスした状態である。よって、この場合にはステップ２２に進み、ドライバ緊張状態フラグをオフする構成とした。よって、このドライバ緊張状態フラグの状態を見ることにより、現在の運転者の緊張状態を検知することが可能となる。

上記した本実施例に係る運転者の緊張状態検出処理では、ステップ１２において、生体情報検出センサー１２で計測される拍間隔時間Ｔnewが正常範囲内であるかどうかを判断し、異常な拍間隔時間Ｔnewは除去し、正常な拍間隔時間Ｔnewにのみ基づき運転者の生体状態を検出する。よって、本実施例に係る運転者の緊張状態検出処理によれば、生体状態（緊張状態）を正確に検出することが可能となる。

図１は、本発明の一実施例である生体情報検出センサーの基本構成図である。 図２は、本発明の一実施例である生体情報検出センサーの部分断面図である。 図３は、本発明の一実施例である生体情報検出センサーの使用態様を示す図である。 図４は、本発明の一実施例である生体情報検出センサーを用いた生体情報検出処理の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ シートベルト
１２ 生体情報検出センサー
１３ 外側電極
１４ 圧電セラミック
１５ 内側電極
１６ シートベルト表布
１７ シートベルト裏布
１８ シートベルト側布
１９ アンプ
２０ ＥＣＵ

Claims (3)

1. 車両のシートベルトに取り付けられ運転者の心拍を計測する生体情報検出センサーであって、
   圧電材料を用いており前記運転者の心拍を計測するセンサー本体を、前記シートベルトの長手方向に延在するよう配設し、
   前記シートベルトの前記センサー本体の裏側を覆う裏部を、前記シートベルトの前記センサー本体の表側を覆う表部より薄く形成したこと特徴とする生体情報検出センサー。
2. 請求項１記載の生体情報検出センサーにおいて、
   前記圧電材料から心拍計測信号を取り出す電極を、前記圧電材料を挟み、かつ前記圧電材料に沿って前記シートベルトの長手方向に延在するよう配設したことを特徴とする生体情報検出センサー。
3. 車両に搭載され、運転者の心拍に基づき運転者の生体状態を検出する生体状態検出装置において、
   請求項１又は２記載の生体情報検出センサーと、
   該生体情報検出センサーが検出する運転者の心拍信号より心拍間隔時間を計測する心拍間隔時間計測手段と、
   該心拍間隔時間計測手段で計測される心拍間隔時間の内、正常範囲外の心拍間隔時間を除去する正常範囲抽出手段と、
   一定時間内における前記心拍間隔時間の最大連続上昇回数と最大連続下降回数を検出する下降／上昇回数検出手段と、
   該正常範囲抽出手段により抽出された心拍間隔時間、及び前記下降／上昇回数検出手段により抽出された前記最大連続上昇回数及び前記最大連続下降回数に基づき、運転者の生体状態を検出する生体状態検出手段とを有することを特徴とする生体状態検出装置。

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