JP4993111B2

JP4993111B2 - 生体情報取得装置

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Publication number: JP4993111B2
Application number: JP2007284409A
Authority: JP
Inventors: 清一武田; 義博花開
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 2007-10-31
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2027-10-31
Also published as: JP2009106674A

Description

本発明は、車輌などの座席部分に搭載され、ドライバーの健康状態を判断する上で重要となる心臓からの微弱な信号を効率的に、しかも非侵襲にセンシングする生体情報取得装置に関する。

近年、車輌のインテリジェント化が一層推進されており、ドライバーを中心とした搭乗者の健康状態をモニターする技術が種々提案されている。

例えば、特許文献１（特開２００４−３２９９５６号公報）に、運転者による運転対象物の運転状態をモニターする監視手段と、運転者の生体信号を検出する生体信号検出手段と、前記生体信号検出手段により検出された生体信号が含む情報を定量化する演算手段と、前記監視手段による運転情報および前記演算手段による運転開始時からの生体信号情報の変化から運転者の熟練度を判定する判定手段とを備えた運転者モニター装置が開示されている。
特開２００４−３２９９５６号公報

特許文献１記載のものにおいては、ドライバーの生体信号を検出する生体信号検出手段で、具体的にどのように運転者の生体信号を検出するかについてまでは開示されていない、という問題がある。すなわち、車載の生体信号センサーでは、センシングのための装備の装着をドライバーに要求することなく、ただ座席に座っているだけの状態で、ドライバーを何ら煩わせることなく、生体信号を取得しなくてはならない。

このような状況下で生体信号のセンシングを行う上では、解決しなければならない技術的に高い障壁が存在するが、特許文献１にはこのようなことが何ら開示されていない。特に、ドライバーの健康状態を判断する上で重要となる心臓に係る情報を取得する心電センサーでは、着衣のドライバーが座席に座っている状態で、心臓からの微弱な電気信号をセンシングする必要があり、技術的に困難が伴うが、このような車載の生体信号センサーにおける微弱信号の効率的な取得に係る技術については、特許文献１にはなんら記載されていない、という問題があった。

発明者らの実験によれば、電極を皮膚に直接貼り付けない方法が採用された車載の心電センサーなどの生体情報取得装置においては、心電信号を測定するには、電極〜皮膚間（湿度衣服内部分、衣服）の湿度を一定以上（衣服の厚み、材質の違いにより必要な湿度に差があるが、４０％ＲＨから６０％ＲＨ以上）に維持する必要があることがわかった。すなわち、心電信号を安定的に観測するためには、電極とドライバーの皮膚の電気的導通の担保のために、一定以上の湿度が保たれている必要性があきらかとなったが、特許文献１に記載の運転者モニター装置はこのようなことが全く考慮されていない、という問題があった。

一方、心電信号を良好に検出するために一定以上の湿度を上げるような湿度制御を行うと、ドライバーにとっての快適度が低下する、という問題が顕在化してきた。

上記問題点を解決するために、請求項１に係る発明は、座席部分に搭載され、非侵襲に生体に係る生体信号を検出する生体情報取得装置であって、座席内部に取り付けられる電極と、該座席内部に設けられ該電極近傍の温度を検出する温度検出手段と、該座席内部に設けられ該電極近傍の湿度を検出する湿度検出手段と、該座席内部に設けられ該電極近傍の温度を制御する温度制御手段と、該座席内部に設けられ該電極近傍の湿度を制御する湿度制御手段と、該温度検出手段で検出された温度及び該湿度検出手段で検出された湿度に基づいて、該温度制御手段と該湿度制御手段に対し動作指示を行う制御処理部と、を有し該制御処理部は、該電極によって取得された生体信号の適否を判定し、取得された生体信号が適当であると判定しときには、温度及び湿度があらかじめ設定された温度領域及び湿度領域内となるように該温度制御手段及び該湿度制御手段に動作指示を行うことを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の生体情報取得装置において、該制御処理部は、該電極によって取得された生体信号の適否を判定し、取得された生体信号が不適当であると判定しときには、湿度が所定値以上となるように該温度制御手段及び該湿度制御手段に動作指示を行うことを特徴とする。

本発明の請求項１に記載の生体情報取得装置によれば、生体の電気信号を検出するために必要な皮膚と電極との間の湿度が維持されているような場合には、温度及び湿度があらかじめ設定された温度領域及び湿度領域内となるように制御されるので、安定して生体の電気信号を観測することが可能となると共に、搭乗者の快適性を損なうこともない。

また、本発明の請求項２に記載の生体情報取得装置によれば、生体の電気信号を検出するために必要な皮膚と電極との間の湿度が維持されていない場合には、湿度が所定値以上となるように制御されるので、安定して心電の電気信号を観測することが可能となる。

以下、本発明の第１の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置の運転席周辺の外観斜視図であり、図２は本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置の構成の概略を模式的に示す図であり、図３は本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置の回路構成の要部を示す図であり、図４は本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置のブロック構成の概略を示す図である。

なお、本実施形態の生体情報取得装置は、自動車、ハイブリッド車、電気自動車などの車輌に搭載されることを想定しているが、その他電車、船舶、航空機などの移動手段に搭載することも可能である。また、本実施形態においては、心臓に係る情報（心拍数・心電図）などの生体情報を取得する対象は車輌のドライバーであり、生体情報を取得するための電極等の構成がドライバーの座席に設けられている場合について説明するが、生体情報取得対象者とは、助手席、後部座席といった同乗者でもよく、これら同乗者の座席等に対しても同様に本発明の構成を適用することができるものである。また、本実施形態では、生体情報としてはドライバーの心臓に係る情報（心拍数・心電図等）を取得するものであるが、本発明の電極周辺の構成は、その他の生体情報を取得する生体情報取得装置にも適用することができるものである。より具体的には、搭乗者の呼吸、体温、体重、体脂肪、血圧、発汗、視線、筋電、皮膚インピーダンスなどの生体情報を取得することにも適用可能である。

図１乃至図４において、１０は運転席、２０は運転席シートベルト、２１は第１電極用１段目アンプ部、２５は第１心電センサー電極用同軸ケーブル、３０は第２心電センサー電極、３１は第２心電センサー電極用１段目アンプ部、３５は第２心電センサー電極用同軸ケーブル、４０はアース電極、４５はアース用ケーブル、５０は２段目アンプ部、５１はアンプ、５２はハイパスフィルター、５３はローパスフィルター、６０はヒーター・クーラー、７０は加湿器・除湿器、８０は圧力センサー、９１は温度センサー、９２は湿度センサー、１００は制御処理部、２００は心電情報取得部、２１０、２２０は第１、第２心電センサー電極、３００は温度制御部、４００は湿度制御部、４５０はドライバー体勢検出部、５００は温度・湿度検出部、６００は判定結果出力部、６１０はディスプレイ、６２０はスピーカー、９００は記憶部、９２０は個人情報ファイルをそれぞれ示している。

図１、図２に示すように座席１０はドライバーの座席であり、本実施形態ではドライバーが生体情報取得装置のモニターの対象となる。座席１０の内部には、例えば容量性電極などから構成される心電センサー電極２１０、２２０が、座席１０に露出しないように設けられている。また、アース電極４０は、座席１０のドライバーの臀部があたる部分（座部）に配置され、アース電極４０はアース用ケーブル４５で２段目アンプ部５０と接続されている。このアース電極４０は、第１心電センサー電極２１０（第２心電センサー電極２２０）からの信号に発生するオフセット信号を除去するための基準電位を決定する構成として用いられる。

ヒーター・クーラー６０は、座席１０内部に設けられ、第１心電センサー電極２１０及び第２心電センサー電極２２０近傍の温度をコントロールする。なお、ヒーター・クーラー６０に代えて、シートエアコン、ヒートポンプなどの温度制御手段を用いることも可能である。本実施形態の生体情報取得装置においては、ヒーター・クーラー６０による温度制御によって、ドライバーの皮膚と第１心電センサー電極２１０（第２心電センサー電極２２０）との間の温度を変化させると共に、温度変化に伴う相対湿度を変化させる。また、ヒーター・クーラー６０に代えて、ペルチェ素子などの加温素子・冷却素子を用いることもできる。このような素子を用いた場合には、温度制御手段をコンパクトに座席内に収容することが可能となる。

また、加湿器・除湿器７０は、座席１０内部に設けられ、第１心電センサー電極２１０及び第２心電センサー電極２２０近傍の湿度をコントロールする。

また、第１心電センサー電極２１０及び第２心電センサー電極２２０近傍には、当該近傍の温度を検出するための温度センサー９１と、当該近傍の湿度を検出するための湿度センサー９２と、が設けられている。

図１及び図２に示すように、運転席１０には第１及び第２の心電センサー電極２１０、２２０が設けられており、ドライバーが車両に乗車し運転席１０に座り、ステアリングを握って車両の運転を開始すると、ドライバーの背中の心電センサー電極２１０、２２０から微弱な電流が検出される。これらの微弱電流は増幅され、ドライバーの心臓に係る情報（心拍数・心電図等）として生体情報取得装置の制御処理部１００に取得される。このような心臓に係る情報（心拍数・心電図）などを取得するために用いる心電センサー電極２１０、２２０には、例えば容量性電極などから構成される。このような容量性電極としては、例えば特開２００５−５１１１７４号公報記載のものを用いることができる。

心電情報取得部２００における第１心電センサー電極２１０及び第２心電センサー電極２２０は共に、例えば表面に酸化膜の層が設けられた容量性心電センサー電極が用いられ、第１心電センサー電極２１０はドライバーの背中の略左側にあたるように、また第２心電センサー電極２２０はドライバーの背中の略右側にあたるように、それぞれ配置される。

第１心電センサー電極２１０と所定の基準電位との間で検出される信号は第１心電センサー電極用１段目アンプ部２１にて、また、第２心電センサー電極２２０と所定の基準電位との間で検出される信号は第２心電センサー電極用１段目アンプ部３１にて、それぞれ１ｍＶ前後〜数ｍＶ（例えば、２ｍＶ）の信号レベルにまで１段目の増幅が行われる。

第１心電センサー電極２１０と第１心電センサー電極用１段目アンプ部２１の入力端との間の距離、第２心電センサー電極２２０と第２心電センサー電極用１段目アンプ部３１の入力端との間の距離は、外部ノイズによる影響を避けるために、共に極力短くした方が好ましいので、第１心電センサー電極２１０と第２心電センサー電極２２０との裏面に、それぞれの１段目アンプ部を配するようにする。したがって、図２に示すように第１心電センサー電極用１段目アンプ部２１と第２心電センサー電極用１段目アンプ部３１は共に座席１０の中に埋設されるような形態となる。

第１心電センサー電極用１段目アンプ部２１からの出力信号、第２心電センサー電極用１段目アンプ部３１からの出力信号は、ともに２段目アンプ部５０へと出力され、それぞれの２段目アンプ部５０で２段目の増幅が行われる。

第１心電センサー電極用１段目アンプ部２１、第２心電センサー電極用１段目アンプ部３１からの信号は、それぞれ第１心電センサー電極用同軸ケーブル２５及び第２心電センサー電極用同軸ケーブル３５で、２段目アンプ部５０に送信されて、２段目アンプ部５０で２段目の増幅が行われる。この２段目アンプ部５０で増幅された増幅信号は、不図示の信号処理回路等によって処理される。信号処理回路等によって処理された信号は、心電情報取得部２００から制御処理部１００に入力され、生体信号の適正性の判定、ドライバーの健康状態の判定などのための情報として利用される。

次に、生体センサーの心電情報取得部２００における心拍センサーの増幅回路について説明する。１段目アンプ部の回路構成は、第１心電センサー電極２１０用のものと第２心電センサー電極２２０用のものとで共通であるので、図３には一方の回路構成のみを図示している。図３において、ＡＭＰ１乃至３は増幅器、Ｃ１、Ｃ３はコンデンサをそれぞれ示している。

コンデンサＣ１は、第１心電センサー電極２１０（第２心電センサー電極２２０）とＡＭＰ１との間に介挿されて、第１心電センサー電極２１０（第２心電センサー電極２２０）とＡＭＰ１とをＡＣ結合（交流結合）するものである。これによって、１段目アンプ部に入力される信号に発生するオフセット信号を除去する。また、ＡＭＰ２からの出力は、ＡＭＰ３に入力されると共に、ＡＭＰ１の入力にコンデンサＣ３を介してフィードバックされる構成となっており、これによってブートストラップ回路を構成するようになっている。これらＡＭＰ１及びＡＭＰ２によって、安定的かつ低ノイズで、第１心電センサー電極２１０（第２心電センサー電極２２０）からの検出信号を１ｍV程度まで増幅することができる。ＡＭＰ３はおよそ数倍程度の増幅率のものであり、ＡＭＰ３からの１段目アンプ部の出力信号は、およそ数ｍＶ前後（例えば、２ｍV）のレベルとなる。

第１心電センサー電極用１段目アンプ部２１（第２心電センサー電極用１段目アンプ部３１）からの出力信号は１段目アンプ部でおよそ数倍程度に増幅された後、前述のように同軸ケーブルで２段目アンプ部へと導かれ、２段目アンプ部で数１０倍に増幅される。このような２段階のアンプ部の構成によって、本実施形態の生体情報取得装置の構成は、車輌等に搭載するために最適な構成となっている。

２段目アンプ部の回路構成は、第１心電センサー電極２１０の信号用のものと第２心電センサー電極２２０用の信号用のものとで共通であるので、図３には一方の回路構成のみを図示している。

図３において、５１はアンプ、５２はハイパスフィルター、５３はローパスフィルターをそれぞれ示している。２段目アンプ部５０には、１段目アンプ部からの信号をおよそ数１０倍のオーダーで増幅するアンプ５１と、ハイパスフィルター５２とローパスフィルター５３とが設けられている。

ハイパスフィルター５２及びローパスフィルター５３は、心電波形の周波数以外の周波数の信号を極力抑えるために設けられており、これらフィルターにより２段目アンプ部５０では、心電に係る周波数のみを選択的に取得することができるようになっている。この２段目アンプ部５０で増幅された増幅信号は、不図示の信号処理回路等によって処理され、心電情報取得部２００で取得された情報として利用される。

図４に示すように、本実施形態の生体情報取得装置は、主たる構成として、制御処理部１００、心電情報取得部２００、温度制御部３００、湿度制御部４００、ドライバー体勢検出部４５０、温度・湿度検出部５００、判定結果出力部６００、記憶部９００を有するものである。本実施形態の生体情報取得装置は、心電情報取得部２００において第１心電センサー電極２１０、第２心電センサー電極２２０で取得された電気信号、或いは、温度・湿度検出部５００における温度センサー９１、湿度センサー９２によって検出された温度、湿度などに基づいて、制御処理部１００により判定を行い、温度制御部３００、湿度制御部４００、判定結果出力部６００などを制御するように構成されている。

図４に示す本実施形態の生体情報取得装置のブロック図において、制御処理部１００はエレクトロニックコントロールユニットであり、ＣＰＵとＣＰＵ上で動作するプログラムを保持するＲＯＭとＣＰＵのワークエリアであるＲＡＭなどからなる汎用の情報処理機構である。

心電情報取得部２００は、第１、第２心電センサー電極２１０、２２０とこれらの電極から収集される微弱電流を増幅する増幅部などから構成されており、運転席１０に座りステアリングを操作するドライバーの心臓に係る情報である心拍数と心電図データを取得する。

温度制御部３００は、制御処理部１００からのオンオフ信号に基づいて、ヒーター・クーラー６０を動作させて、第１、第２心電センサー電極２１０、２２０近傍の温度をコントロールし、心電信号取得に必要な湿度を得るようにすると共に、ドライバーにとって快適な温度とする。

湿度制御部４００は、制御処理部１００からのオンオフ信号に基づいて、加湿器・除湿器７０を動作させて、第１、第２心電センサー電極２１０、２２０近傍の湿度をコントロールし、心電信号取得に必要な湿度を得るようにすると共に、ドライバーにとって快適な湿度とする。

ドライバー体勢検出部４５０は、座席１０のドライバー背中部分に設けられている圧力センサー８０のセンシング結果によってドライバーの体勢が、心電信号を取得する上で正しいポジションにあるか否かを判定するものである。

温度・湿度検出部５００は、温度センサー９１及び湿度センサー９２によって、第１、第２心電センサー電極２１０、２２０近傍の温度及び湿度を検出して、制御処理部１００の制御に供する。

判定結果出力部６００は、生体情報取得装置における出力インターフェイスを構成するものであり、文字、図形、イメージ情報を表示するディスプレイ６１０、音声の出力を行うスピーカー６２０からなっている。判定結果出力部６００は以上のような構成に限定することなく、その他のマンマシンインターフェイス機構を用いることができるものである。

記憶部９００は、ハードディスクなどの比較的大容量の記憶装置からなり、個人情報ファイル９２０などが記憶される。この個人情報ファイル９２０は車輌を利用するドライバーごとの個人情報ファイルであり、ドライバーが持ちえる生体情報の基本情報（平均心拍（過去履歴より学習）、心拍数の判定閾値。病歴、主治医連絡情報）のことである。このような個人情報ファイル９２０は、取得された心電信号が適切なものであるか否かなどの判定に供することができる。
次に、本実施形態に係る生体情報取得装置の心電信号などの生体信号取得時における湿度制御について説明する。図１０は、皮膚と電極との間の相対湿度（％ＲＨ）と取得生体信号のＳＮ比との関係を、ドライバーの着衣生地別に計測した結果である。着衣の生地としては、厚み、材質が異なる生地１乃至生地５の５種類のものが用いられた。ここで、生体情報取得装置においては、概略、検出信号のＳＮ比が１５ｄＢ以上であると、検出信号を生体信号として解析することが可能であり、検出信号のＳＮ比が１５ｄＢ未満であると、検出信号を生体信号として解析することが不可能となる。

図に示されるように、ドライバーの着衣生地の種類によっては、湿度４０％ＲＨ程度で１５ｄＢ以上の生体信号を検出することが可能であるが、一部の生地では１５ｄＢ以上の生体信号を検出するためには、湿度４０％ＲＨ以上必要なものもの存在している。このような観点から、本実施形態に係る生体情報取得装置では、生体信号を正しく検出するために一定以上の湿度環境を作り出すようにする。

なお、湿度５０％ＲＨ以上とすれば、およそ８割の着衣生地に対応することが可能であるので、生体信号検出のための目標湿度を５０％ＲＨとすることができる。また、湿度６０％ＲＨ以上とすれば、およそ全ての着衣生地に対応することが可能であるので、生体信号検出のための目標湿度を６０％ＲＨとすることもできる。生体信号検出のための目標湿度を５０％ＲＨとするか、６０％ＲＨとするかは、適宜設定することが可能である。

次に、本実施形態に係る生体情報取得装置の生体信号取得時における目標湿度を達成するための湿度制御について説明する。図１１は各温度における飽和水蒸気量を示す図である。ここでは、生体信号検出のための目標湿度を５０％ＲＨとする場合で説明する。

図において、曲線Ａは各温度における飽和水蒸気量を示しており、曲線Ｂは飽和水蒸気量の半分の水蒸気量―すなわち、湿度５０％ＲＨのカーブを示している。

いま、例えば、温度、湿度の状態が図中Ｘの点であるとすると、温度、湿度の状態は曲線Ｂの下方にあり、生体信号を検出するための湿度５０％ＲＨを下回っている、ということとなる。そこで、本実施形態に係る生体情報取得装置では、このような状態においては、例えば、ヒーター・クーラー６０を動作させ、温度を図中Ｙ点にまで下げ、相対湿度を５０％ＲＨとすることで、ドライバーからの生体信号を適正に検出する。

このような構成によれば、心臓の電気信号を検出するために必要な皮膚と電極との間の湿度を維持することが可能となり、安定して心電の電気信号を観測することが可能となる。

ヒーター・クーラー６０が用いられる場合には、上記のように温度環境をＸ点からＹ点に移動させることで対応することができるが、湿度制御手段はこれに限らず、加湿器・除湿器７０などを用いることもできる。加湿器・除湿器７０を用いる場合には、Ｘ点の状態にあるときには、加湿してＺ点の状態に持って行くことで、ドライバーからの生体信号を適正に検出する湿度とすることができる。このような加湿器及び除湿器による湿度制御によれば、電極とドライバーの皮膚との間の湿度を直接的に制御ことが可能であり、電気信号を検出できる状態に素早く変移させることができる。

次に、搭乗者の快適と感じる衣服内温度・湿度環境について説明する。図１２は衣服温度と衣服湿度と人の快不快との関係を示す図である。図１２において、（Ａ）は人が「快適」と感じる衣服温度と衣服湿度の領域、（Ｂ）は人が「やや快適」と感じる衣服温度と衣服湿度の領域、（Ｃ）は人が「やや不快」と感じる衣服温度と衣服湿度の領域、（Ｄ）は人が「不快」と感じる衣服温度と衣服湿度の領域、（Ｅ）は人が「全く不快」と感じる衣服温度と衣服湿度の領域をそれぞれ示している。なお、図１２は衣服温度と衣服湿度と人の快不快を示すものであるが、座席内部の第１、第２心電センサー電極２１０、２２０近傍の温度と湿度と人の快不快も、図１２に準ずるものとして考える。したがって、本発明の生体情報取得装置では、座席内部の電極近傍の状態も温度で３１℃〜３３℃、及び湿度で４０％ＲＨ〜６０％ＲＨを維持するように制御する。すなわち、座席内部が快適温度領域、快適湿度領域の範囲となるように制御される。

ただ、前述のように、生体信号を適切に検出するために電極近傍の湿度は、最低でも４０％ＲＨ、衣服の生地によっては６０％ＲＨ程度が要求されるので、本発明の生体情報取得装置では、この点も考慮し制御するものである。

次に、以上のように構成される本実施形態の生体情報取得装置の温度湿度制御処理について説明する。図５は本発明の実施形態に係る生体情報取得装置の温度湿度制御処理に関するメインフローチャートを示す図である。なお、以下のフローチャートにおいては、下限温度は３１℃、上限温度は３３℃、αは０．５℃程度を想定している。

図５において、ステップＳ１００で、車輌のイグニッションの始動等と共に生体情報取得装置の湿度制御処理が開始されると、次にステップＳ１０１においては、生体情報取得装置の初期設定が行われる。この初期設定では、ドライバーに係る個人情報などが個人情報ファイル９２０などによって読み込まれる。

ステップＳ１０２で、心電情報取得部２００によって、生体信号の検出処理を行う。ステップＳ１０３では、適正な生体信号であるか否かが判定される。ここで、生体信号が適正なものであるか否かを判定する技術については従来周知のものを利用することができる。

ステップＳ１０３における判定の結果がＹＥＳであればステップＳ１０４に進み、「快適性」制御のサブルーチンを実行する。ステップＳ１０４に続いてはステップＳ１０２に戻りループする。なお、本フローチャートは、イグニッション停止と共に停止する以外は常時ループするように構成されている。ステップＳ１０３における判定の結果がＮＯであればステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０３における判定の結果がＮＯであるときに進むステップＳ１０５では、ドライバー体勢検出部４５０の検出結果に基づき、ドライバーが適正な座席位置に座っているか否かが判定される。

ステップＳ１０５における判定結果がＹＥＳであるときには、湿度が低いことが原因で生体信号が取得できないことが考えられるので、ステップＳ１０６に進み、「生体情報計測環境」制御のサブルーチンを実行する。

ステップＳ１０５における判定結果がＮＯであるときには、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、ドライバーの姿勢が原因で生体信号が取得できていない可能性があるので、判定結果出力部６００によりドライバーに対してシート位置修正推奨通知を報知する。

以上のような本実施形態の生体情報取得装置によれば、生体の電気信号を検出するために必要な皮膚と電極との間の湿度が維持されているような場合には、温度及び湿度があらかじめ設定された温度領域及び湿度領域内となるように制御されるので、安定して生体の電気信号を観測することが可能となると共に、搭乗者の快適性を損なうこともない。また、生体の電気信号を検出するために必要な皮膚と電極との間の湿度が維持されていない場合には、湿度が所定値以上となるように制御されるので、安定して心電の電気信号を観測することが可能となる。

次に、本実施形態の生体情報取得装置の温度湿度制御処理における「快適性」制御のサブルーチンについて説明する。図６は本発明の実施形態に係る生体情報取得装置の温度湿度制御処理における「快適性」制御のサブルーチンのフローチャートを示す図である。

図６において、ステップＳ２００で、サブルーチン「快適性」制御の処理が開始されると、続いて、ステップＳ２０１に進み、温度・湿度検出部５００によって、電極とドライバーの皮膚間温度（座席内部）が検出される。

ステップＳ２０２では、検出された温度が快適温度下限（３１℃）未満であるか否かが判定される。ステップＳ２０２における判定の結果がＹＥＳであるときにはステップＳ２０３に進み、ステップＳ２０２における判定の結果がＮＯであるときにはステップＳ２０８に進む。

ステップＳ２０３では、ヒーター・クーラー６０のうちヒーターを作動させる。ここで、ヒータによって温度が上昇すると、湿度が下がることとなる。ステップＳ２０３からはステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０８では、快適温度上限（３３℃）より高いか否かが判定される。ステップＳ２０８における判定結果がＹＥＳであるときにはステップＳ２０９に進み、ステップＳ２０８における判定結果がＮＯであるときにはステップＳ２１０に進む。

ステップＳ２０９では、ヒーター・クーラー６０のうちクーラーを作動させる。ここで、クーラーによって温度が下がると、湿度は上がることとなる。ステップＳ２１０では、ヒーター・クーラー６０の両方を停止する。ステップＳ２０９及びステップＳ２１０に続いては、ステップ２０４に進む。

ステップＳ２０４では、温度・湿度検出部５００では、座席内部の電極〜皮膚間の湿度が検出される。ステップＳ２０５では、検出された湿度が快適湿度下限未満であるか否かが判定される。ステップＳ２０５における判定結果がＹＥＳであるときにはステップＳ２０６に進み、ステップＳ２０５における判定結果がＮＯであるときにはステップＳ２１１に進む。

ステップＳ２０６では、ヒーター・クーラー６０のうちクーラーが停止中であるか否かが判定される。判定の結果がＹＥＳであればステップＳ２０７に進み、加湿器・除湿器７０のうち加湿器が作動され、湿度が上げられる。また、判定の結果がＮＯであればステップＳ２１５に進みリターンする。

ステップＳ２０５における判定結果がＮＯであるときに進むはステップＳ２１１では、温度・湿度検出部５００によって、快適湿度上限より高いか否かが判定される。

ステップＳ２１１の判定結果がＹＥＳであるときにはステップＳ２１２に進み、ステップＳ２１１の判定結果がＮＯであるときにはステップＳ２１４に進む。

ステップＳ２１２では、ヒーター・クーラー６０のうちヒーターが停止中であるか否かが判定される。ステップＳ２１２の判定結果がＹＥＳであればステップＳ２１３にすすみ、加湿器・除湿器７０のうち除湿器を作動させ、湿度を下げる。ステップＳ２１５に進みリターンする。

ステップＳ２１２の判定結果がＮＯであれば、ステップＳ２１５に進みリターンする。

ステップＳ２１１の判定結果がＮＯであるときに進むステップＳ２１４では、加湿器・除湿器７０の双方を停止し、続いてステップＳ２１５に進みリターンする。

次に、本実施形態の生体情報取得装置の温度湿度制御処理における「生体情報計測環境」制御のサブルーチンについて説明する。図７は本発明の実施形態に係る生体情報取得装置の温度湿度制御処理における「生体情報計測環境」制御のサブルーチンのフローチャート（前段）を示す図であり、図８は本発明の実施形態に係る生体情報取得装置の温度湿度制御処理における「生体情報計測環境」制御のサブルーチンのフローチャート（後段）を示す図である。また、図９はフローチャートを補足的に説明する図であり、ヒーター・クーラーの作動・停止状況を示す図である。

図７において、ステップＳ３００で、サブルーチン「生体情報計測環境」制御の処理が開始されると、続いてステップＳ３０１に進み、温度・湿度検出部５００で、座席内部の電極−皮膚間の湿度の検出が行われる。

次に、ステップＳ３０２では、目標湿度設定フラグがＯＦＦであるかが判定される。ここで、目標湿度設定フラグについて説明する。先に説明したように、湿度５０％ＲＨ以上とすれば、およそ８割の着衣生地に対応することが可能であり、湿度６０％ＲＨ以上とすれば、およそ全ての着衣生地に対応することが可能である。すなわち、目標湿度は状況に応じて、５０％ＲＨと設定したり、６０％ＲＨと設定したりすることが可能である。目標湿度として、値が定まっているときには目標湿度設定フラグはＯＮされ、定まっていないときには目標湿度設定フラグはＯＦＦされる。

ステップＳ３０２の判定結果がＹＥＳであるときにはステップＳ３０３に進み、目標電極〜皮膚間湿度が設定され、さらにステップＳ３０４に進み、目標湿度設定フラグがＯＮされ、ステップＳ３０５に進む。

ステップＳ３０２の判定結果がＮＯであるときには、目標湿度が設定済みであるのでステップＳ３０５に進む。

ステップＳ３０５では、ステップＳ３０１で検出された湿度が目標湿度未満であるか否かが判定される。ステップＳ３０５の判定結果がＹＥＳであるときにはステップＳ３０６に進み、ステップＳ３０５の判定結果がＮＯであるときにはステップＳ３２３に進む。

ステップＳ３０６では、温度・湿度検出部５００によって座席内部の電極〜皮膚間の温度が検出される。ステップＳ３０７では、快適温度下限（３１℃）以下であるか否かが判定される。ステップＳ３０７の判定結果がＹＥＳであるときにはステップＳ３０８に進み、ステップＳ３０７の判定結果がＮＯであるときにはステップＳ３１１に進む。

ステップＳ３０８では、ヒーター・クーラー６０のうちヒーターを作動させる。ここで、ヒーターによって温度が上がると、湿度は下がる。続いて、ステップＳ３０９では、加湿器・除湿器７０のうち加湿器を作動させる。次に、ステップＳ３１０に進み、シートヒーター作動中フラグをＯＮとする。このフラグはどのヒーターなどのうちどの機器がＯＮであり、ＯＦＦであるかを示すフラグである。ステップＳ３３０に進みリターンする。

ステップＳ３０７の判定結果がＮＯであるときに進むステップＳ３１１では、快適温度下限+α℃（３１．５℃）以下であるか否かが判定される。ステップＳ３１１の判定結果がＹＥＳであるときにはステップＳ３１２に進み、ステップＳ３１１の判定結果がＮＯであるときにはステップＳ３１５に進む。

ステップＳ３１２では、ヒーター・クーラー６０のうちクーラー作動中フラグがＯＮであるか否かが判定される。判定の結果がＮＯであればステップＳ３３０に進みリターンし、ＹＥＳであればステップＳ３１３に進み、ヒーター・クーラー６０のうちクーラーを停止する。続いて、ステップＳ３１４に進み、シートクーラー作動中フラグをＯＦＦとする。

ステップＳ３１５快適温度上限−α℃（３２．５℃）以下であるか否かが判定される。ステップＳ３１５の判定結果がＹＥＳであればステップＳ３１６に進み、ＮＯであればステップＳ３１９に進む。

ステップＳ３１６では、シートヒーター作動中フラグがＯＮであるか否かが判定される。ステップＳ３１６の判定結果がＮＯであれば、ステップＳ３３０に進みリターンする。ステップＳ３１６の判定結果がＹＥＳであれば、ステップＳ３１７進み、ヒーター・クーラー６０のうち、シートヒーターを停止し、続いてステップＳ３１８に進み、シートヒーター作動中フラグをＯＦＦと設定し、さらにステップＳ３３０に進みリターンする。

ステップＳ３１９では、快適温度上限（３３℃）以上であるか否かが判定される。ステップ２３１９の判定結果がＮＯでるときには、ステップＳ３２２に進む。ステップＳ３２２ではなんらかのエラーが発生したものとし、ステップＳ３３０に進みリターンする。

ステップＳ３１９の判定結果がＹＥＳであるときにはステップＳ３２０に進み、ヒーター・クーラー６０のうちシートクーラーを作動させる。クーラー作動に伴い、温度が下がり、湿度が上がることとなる。次に、ステップＳ３２１に進み、シートクーラー作動中フラグをＯＮとし、ステップＳ３３０に進みリターンする。

ステップＳ３０５における判定の結果がＮＯであるときに進むステップＳ３２３では、目標到達フラグをＯＮとして、続いてステップＳ３２４に進み、ヒーター・クーラー６０のうちシートヒーターを停止する。次に、ステップＳ３２５に進み、加湿器・除湿器７０のうち加湿器を停止する。

続いて、ステップＳ３２６では、シートヒーター作動中フラグをＯＦＦとし、ステップＳ３２７で、ヒーター・クーラー６０のうちシートクーラーを停止し、さらにステップＳ３２８で、シートクーラー作動中フラグをＯＦＦとする。次に、ステップＳ３２９に進み、目標湿度設定フラグをＯＦＦとして、ステップＳ３３０でリターンする。

以上の「生体情報計測環境」制御のサブルーチンのフローチャートにおけるケース別具体例について示す。第１の例として、目標の湿度に達しておらす、加湿が必要であり、なおかつ快適温度利用域外（例えば、３０．８℃）である場合には、制御においてはステップＳ３０６〜ステップＳ３１０をたどることとなり、ヒーター・クーラー６０の作動停止状況は図９（Ａ）に示すもののようになる。

また、第２の例として、第１の例に引き続き、温度が上昇し快適温度（３１℃〜３３℃）をオーバーしそうになった場合には、ヒーターをＯＦＦとして、温度の上昇をとめるようにする。この場合には、制御においては、ステップＳ３１１、ステップＳ３１５〜ステップＳ３１８をたどることとなり、ヒーター・クーラー６０の作動停止状況は図９（Ｂ）に示すもののようになる。

また、第３の例として、目標の湿度に達しておらす、加湿が必要であり、なおかつ快適温度利用域外（例えば、３３．２℃）である場合には、制御においてはステップＳ３１１、ステップＳ３１５、ステップＳ３１９〜ステップＳ３２１をたどることとなり、ヒーター・クーラー６０の作動停止状況は図９（Ｃ）に示すもののようになる。

また、第４の例として、第３の例に引き続き、温度が下降し快適温度（３１℃〜３３℃）を下回りそうになった場合には、クーラーをＯＦＦとして、温度の下降をとめるようにする。この場合には、制御においては、ステップＳ３１１〜ステップＳ３１４をたどることとなり、ヒーター・クーラー６０の作動停止状況は図９（Ｄ）に示すもののようになる。

また、第４の例に引き続く、第５の例として、目標の湿度に達しておらす、加湿が必要であり、なおかつ快適温度利用域外（例えば、３０．８℃）である場合に再びなったときには、制御においてはステップＳ３０６〜ステップＳ３１０をたどることとなり、ヒーター・クーラー６０の作動停止状況は図９（Ｄ）に示すもののようになる。

以上、本実施形態の生体情報取得装置によれば、生体の電気信号を検出するために必要な皮膚と電極との間の湿度が維持されているような場合には、温度及び湿度があらかじめ設定された温度領域及び湿度領域内となるように制御されるので、安定して生体の電気信号を観測することが可能となると共に、搭乗者の快適性を損なうこともない。

また、本実施形態の生体情報取得装置によれば、生体の電気信号を検出するために必要な皮膚と電極との間の湿度が維持されていない場合には、湿度が所定値以上となるように制御されるので、安定して心電の電気信号を観測することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置の運転席周辺の外観斜視図である。本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置の構成の概略を模式的に示す図である。本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置の回路構成の要部を示す図である。本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置のブロック構成の概略を示す図である。本発明の実施形態に係る生体情報取得装置の温度湿度制御処理に関するメインフローチャートを示す図である。本発明の実施形態に係る生体情報取得装置の温度湿度制御処理における「快適性」制御のサブルーチンのフローチャートを示す図である。本発明の実施形態に係る生体情報取得装置の温度湿度制御処理における「生体情報計測環境」制御のサブルーチンのフローチャート（前段）を示す図である。本発明の実施形態に係る生体情報取得装置の温度湿度制御処理における「生体情報計測環境」制御のサブルーチンのフローチャート（後段）を示す図である。ヒーター・クーラーの作動・停止状況を示す図である。皮膚−電極間湿度と心電信号との関係を示す図である。各温度における飽和水蒸気量を示す図である。衣服温度と衣服湿度と人の快不快との関係を示す図である。

符号の説明

１０・・・運転席、２０・・・運転席シートベルト、２１・・・第１電極用１段目アンプ部、２５・・・第１心電センサー電極用同軸ケーブル、３０・・・第２心電センサー電極、３１・・・第２心電センサー電極用１段目アンプ部、３５・・・第２心電センサー電極用同軸ケーブル、４０・・・アース電極、４５・・・アース用ケーブル、５０・・・２段目アンプ部、５１・・・アンプ、５２・・・ハイパスフィルター、５３・・・ローパスフィルター、６０・・・ヒーター・クーラー、７０・・・加湿器・除湿器、８０・・・圧力センサー、９１・・・温度センサー、９２・・・湿度センサー１００・・・制御処理部、２００・・・心電情報取得部、２１０、２２０・・・第１、第２心電センサー電極、３００・・・温度制御部、４００・・・湿度制御部、４５０・・・ドライバー体勢検出部、５００・・・温度・湿度検出部、６００・・・判定結果出力部、６１０・・・ディスプレイ、６２０・・・スピーカー、９００・・・記憶部、９２０・・・個人情報ファイル

Claims

座席部分に搭載され、非侵襲に生体に係る生体信号を検出する生体情報取得装置であって、
座席内部に取り付けられる電極と、
該座席内部に設けられ該電極近傍の温度を検出する温度検出手段と、
該座席内部に設けられ該電極近傍の湿度を検出する湿度検出手段と、
該座席内部に設けられ該電極近傍の温度を制御する温度制御手段と、
該座席内部に設けられ該電極近傍の湿度を制御する湿度制御手段と、
該温度検出手段で検出された温度及び該湿度検出手段で検出された湿度に基づいて、該温度制御手段と該湿度制御手段に対し動作指示を行う制御処理部と、を有し
該制御処理部は、該電極によって取得された生体信号の適否を判定し、
取得された生体信号が適当であると判定しときには、温度及び湿度があらかじめ設定された温度領域及び湿度領域内となるように該温度制御手段及び該湿度制御手段に動作指示を行うことを特徴とする生体情報取得装置。
該制御処理部は、該電極によって取得された生体信号の適否を判定し、
取得された生体信号が不適当であると判定しときには、湿度が所定値以上となるように該温度制御手段及び該湿度制御手段に動作指示を行うことを特徴とする請求項１に記載の生体情報取得装置。