JP5494432B2 - 車両用生体信号検出装置 - Google Patents
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Description
本発明は、乗員の呼吸状態を精度良く検出できる車両用生体信号検出装置を提供することにある。
〔実施例1〕
構成を説明する。
図1は実施例1の車両用生体信号検出装置を適用した車両の運転席に運転者が着座した状態を示す車両の側面図、図2は図1のA矢視図である。
シート1は、運転者(乗員)2の背面を支持するシートバック3と運転者2の下肢を支持するシートクッション4とを有する。シートクッション4の車幅方向内側のシート側部(シート側部)5には、シートベルト6のタング6aを差し込むシートベルトバックル7をシートバック3に支持するためのステー8を取り付ける。ステー8は、ステー取り付け部9を介してシート側部5に取り付ける。ステー取り付け部9はボルト締めによりステー8を固定するが、図外のワッシャとスプリングワッシャとをステー8とシート側部5との間に挿入しているため、ステー8は車両前後方向に揺動可能である。また、ステー8は車幅方向にも揺動可能である。ステー取り付け部9は、シートクッション4の内部に位置する図外のブラケットに固定する。ブラケットは、車体フロアと強固に固定する。
さらに、耐摩耗性を高めるために、圧力センサ10のシート側表面10aと、シート側部5のシート側表面10aとの摺接部分5aの少なくとも一方は、表皮材の厚みを他の部分よりも増大させている。
圧力センサ10から出力された電気信号は、図示しない有線または無線により車両システムに送信され、運転者の呼吸状態を表す呼吸信号として種々の制御(警告や外部への通報等)に必要な判定(運転者の覚醒状態、居眠り状態の判定等)に供される。
運転者2の呼吸運動に応じてシートベルト6が伸縮し、これにより発した力はシートベルト6を介してシートベルトバックル7に伝わる。そしてシートベルトバックル7とステー8はステー取り付け部9を軸にして車幅方向に揺動し、ステー側面11とシート側部5との間の距離が変化する。
実施例1では、シート側部5とステー側面11との間の距離の変化を圧力変化として検出する圧力センサ10を設けることで、運転者2の呼吸状態を検出する。運転者2が呼吸をしたときのシート側部5とステー側面11との間の距離の変化は、シートベルト引っ張り方向の距離の変化と比較して大きいため、シートベルトバックルに圧力センサを設けた従来装置に対し、運転者2の呼吸信号を高感度に検出でき、呼吸状態を精度良く検出できる。
さらに、従来装置では、シートベルトのタングをシートベルトバックルに差し込む際、タングが圧力センサに接触して圧力センサの故障を招くおそれがあったが、実施例1では、センサをシートベルトバックル7に設けていないため、タング6aがシートベルトバックル7に接触することに伴う圧力センサ10の故障も回避している。
実施例1の車両用生体信号検出装置にあっては、以下に列挙する効果を奏する。
(1) 車両のシート側部5とシートベルトバックル7を支持するステー8の側面11との間の距離の変化に基づいて乗員の呼吸状態を検出する呼吸状態検出手段(圧力センサ10)を備える。これにより、呼吸状態の検出感度を高め、呼吸状態を精度良く検出できる。
構成を説明する。
図4は、実施例2の車両用生体信号検出装置を適用した車両の運転席を車両後方から見た図である。
実施例2では、呼吸状態検出手段として、互いに感度を異ならせた2つの圧力センサ21,22を設けた点で実施例1と異なる。ここで、感度の違いは、大きさや物性に基づく特性を異ならせたセンサを用いる、または同じ仕様であっても設置位置を異ならせることで実現できる。
運転者2の肺活量は個体差があるため、1つの圧力センサを用いる場合、平均値と比較して肺活量の大きな運転者2に圧力センサの感度を合わせると、運転者2が肺活量の小さな者と入れ替わった場合、感度不足になって呼吸信号の検出が困難となる。
そこで、互いに感度の異なる2つの圧力センサ21,22を設けることで、運転者2の肺活量の大小にかかわらず、最適な感度の呼吸信号を取得できる。
実施例2の車両用生体信号検出装置にあっては、実施例1の効果(1)〜(4)に加え、以下の効果を奏する。
(5) 互いに感度の異なる2つの圧力センサ21,22を設けたため、運転者2の肺活量の大小にかかわらず、最適な感度の呼吸信号を取得でき、呼吸状態を精度良く検出できる。
構成を説明する。
図5は、実施例3の車両用生体信号検出装置を適用した車両の運転席に運転者が着座した状態を示す車両の側面図である。
実施例3では、圧力センサ10をシート側部5に固定した点で実施例1と異なる。
なお、圧力センサ10をシート側部5に取り付けた場合、ステー8は運転者2の体格によって車両前後方向に揺動するため、圧力センサ10とステー側面11との接触面積が変動するため、実施例3では、異径の同心円とこれら同心円の中心を通る直線で囲まれた形状の拡張板23をステー8に取り付けている。この拡張板23により、ステー8が車両前後方向に揺動し圧力センサ10との車両前後方向の位置関係が変化した場合であっても接触面積を一定に維持できる。ここで、拡張板23は、ステー8と一体に形成してもよいし、別部品を固定してもよい。
よって、実施例3の車両用生体信号検出装置にあっては、実施例1と同様の作用効果を奏する。
構成を説明する。
図6は、実施例4の車両用生体信号検出装置を適用した車両の運転席を車両後方側から見た図である。
実施例4では、呼吸状態検出手段として、光学的非接触式距離センサ31を用いた点で実施例1と異なる。
光学的非接触式距離センサ31は、発光ダイオード(発光手段)31aとフォトダイオード(受光手段)31bとを有し、ステー側面11に取り付けている。図7に示すように、発光ダイオード31aが発した光(投射光)はシート側部5にて反射する。反射光の強度は、シート側部5とステー側面11との間の距離が近いほど大きく、遠いほど小さくなるため、距離変化を反射光の強度変化としてフォトダイオード31bで計測できる。フォトダイオード31bが検知した光強度変化は電気信号に変換され、図示しない有線または無線により車両システムに送信され、運転者の呼吸状態を表す呼吸信号として種々の制御(警告や外部への通報等)に必要な判定(運転者の覚醒状態、居眠り状態の判定等)に供される。
また、シート側部5であって発光ダイオード31aの投射光を反射させるターゲット部分(投射光が当たる部分)には、反射光の強度を増大させるために、鏡面状の加工または鏡面部材を取り付ける鏡面処理を施す。
実施例4では、シート側部5とステー側面11との間の距離を計測する光学的非接触式距離センサ31を設けることで、運転者2の呼吸状態を検出する。運転者2が呼吸をしたときのシート側部5とステー側面11との間の距離の変化は、シートベルト引っ張り方向の距離の変化と比較して大きいため、シートベルトバックルに圧力センサを設けた従来装置に対し、運転者2の呼吸信号を高感度に検出でき、呼吸状態を精度良く検出できる。図8は、光学的非接触式距離センサ31により得られた呼吸信号の一例であり、実施例1と同様、呼吸信号の電圧値の振幅が大きく、より高感度に圧力変化を検出しているのがわかる。
さらに、従来装置では、シートベルトのタングをシートベルトバックルに差し込む際、タングが圧力センサに接触して圧力センサの故障を招くおそれがあったが、実施例4では、センサをシートベルトバックル7に設けていないため、タング6aがシートベルトバックル7に接触することに伴う圧力センサ10の故障も回避している。
よって、フォトダイオード31bの受光波長帯域と発光ダイオード31aの発光波長帯域を可視光線波長帯域以外の波長帯域に設定することで、車外から窓ガラスを通って侵入してくる外乱光の影響を低減でき、光学的非接触式距離センサ31の外乱光による検出精度悪化を抑制できる。
実施例4の車両用生体信号検出装置にあっては、実施例1の効果(1)に加え、以下に列挙する効果を奏する。
(6) 呼吸状態検出手段を、光学的非接触式距離センサ31としたため、シートベルトバックル7の大型化およびシートベルト装着時のタング6aの接触に伴うセンサ故障を回避できる。
構成を説明する。
図9は、実施例5の車両用生体信号検出装置を適用した車両の運転席を車両後方から見た図である。
実施例5では、呼吸状態検出手段として、互いに感度を異ならせた2つの光学的非接触式距離センサ41,42を設けた点で実施例4と異なる。ここで、感度の違いは、発光ダイオード41a,42aの発光強度やフォトダイオード41b,42bの感度(波長の選択や光学的フィルタによる光透過率特性)を異ならせる、または同じ仕様の光学的非接触式距離センサの設置位置を異ならせることで実現できる。
運転者2の肺活量は個体差があるため、1つの光学的非接触式距離センサを用いる場合、平均値と比較して肺活量の大きな運転者2に光学的非接触式距離センサの感度を合わせると、運転者2が肺活量の小さな者と入れ替わった場合、感度不足になって呼吸信号の検出が困難となる。
そこで、互いに感度の異なる2つの光学的非接触式距離センサ41,42を設けることで、転者2の肺活量の大小にかかわらず、最適な感度の呼吸信号を取得できる。
実施例5の車両用生体信号検出装置にあっては、実施例1の効果(1)、実施例4の効果(6)〜(8)に加え、以下の効果を奏する。
(9) 互いに感度の異なる2つの光学的非接触式距離センサ41,42を設けたため、運転者2の肺活量の大小にかかわらず、最適な感度の呼吸信号を取得でき、呼吸状態を精度良く検出できる。
構成を説明する。
図10は、実施例6の車両用生体信号検出装置を適用した車両の運転席を車両後方から見た要部拡大図である。
実施例6は、2つの光学的非接触式距離センサ41,42の発光ダイオードを1つの発光ダイオード44で共用化した点で実施例5と異なる。
発光ダイオード44が発した光(投射光)はシート側部5にて反射し、この反射光は2つのフォトダイオード41b,42bに受光される。
実施例6の車両用生体信号検出装置にあっては、実施例1の効果(1)、実施例4の効果(6)〜(8)、実施例5の効果(9)に加え、以下の効果を奏する。
(10) 2つの光学的非接触式距離センサ41,42は、1つの発光ダイオード44を共用するため、1つの発光ダイオードを省略でき、部品点数および消費電力を抑制できる。
以上、本発明を実施するための形態を、実施例に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
圧力センサとして、気密性を有する柔軟な金属、ゴム、合成樹脂、布、紙などで製作され、密閉された空気袋に封入されたものを用いてもよい。
圧力センサを3つ以上設けてもよい。
光学的非接触式距離センサを3つ以上設けてもよい。
光学的非接触式距離センサをシート側部に固定し、実施例3の拡張板をステーに取り付ける構成としてもよい。
発光ダイオードに代えてレーザーダイオードや電球等を用いてもよい。
また、運転者の呼吸運動に基づくステーおよびシートベルトバックルの速度変化や加速度変化を角速度センサや加速度センサを用いて計測して呼吸信号を取り出してもよい。
呼吸信号だけはなく、心拍(脈拍)信号を取り出してもよい。
2 運転者(乗員)
3 シートバック
4 シートクッション
5 シート側部
5a 摺接部分
6 シートベルト
6a タング
7 シートベルトバックル
8 ステー
9 ステー取り付け部
10 圧力センサ(呼吸状態検出手段)
10a シート側表面
11 ステー側面
21 圧力センサ
23 拡張板
31 光学的非接触式距離センサ
31a 発光ダイオード
31b フォトダイオード
41 光学的非接触式距離センサ
41a 発光ダイオード
41b フォトダイオード
44 発光ダイオード
51a 発光ダイオード
51b フォトダイオード
Claims (10)
- 車両のシート側部とシートベルトバックルを支持するステーの側面との間の距離の変化に基づいて乗員の呼吸状態を検出する呼吸状態検出手段を備えたことを特徴とする車両用生体信号検出装置。
- 請求項1に記載の車両用生体信号検出装置において、
前記呼吸状態検出手段を、前記シート側部と前記ステー側面との間に介在し、前記距離の変化に応じた圧力信号を出力する圧力センサとしたことを特徴とする車両用生体信号検出装置。 - 請求項2に記載の車両用生体信号検出装置において、
前記圧力センサの表面と、前記シート側部または前記ステー側面における前記圧力センサ表面との摺接部分との少なくとも一方に潤滑表面処理を施したことを特徴とする車両用生体信号検出装置。 - 請求項2または請求項3に記載の車両用生体信号検出装置において、
前記シート側部または前記ステー側面における前記圧力センサ表面との摺接部分の表皮材の厚みを他の部分の厚みよりも増大させたことを特徴とする車両用生体信号検出装置。 - 請求項2ないし請求項4のいずれか1項に記載の車両用生体信号検出装置において、
前記圧力センサを互いに感度を異ならせて複数設けたことを特徴とする車両用生体信号検出装置。 - 請求項1に記載の車両用生体信号検出装置において、
前記呼吸状態検出手段を、光学的非接触式距離センサとしたことを特徴とする車両用生体信号検出装置。 - 請求項6に記載の車両用生体信号検出装置において、
前記シート側部または前記ステー側面における前記光学的非接触式距離センサの投射光が当たる部分に鏡面処理を施したことを特徴とする車両用生体信号検出装置。 - 請求項6または請求項7に記載の車両用生体信号検出装置において、
前記光学的非接触式距離センサにおける発光手段の発光波長帯域および受光手段の受光波長帯域を、可視光線波長帯域以外の帯域としたことを特徴とする車両用生体信号検出装置。 - 請求項6ないし請求項8のいずれか1項に記載の車両用生体信号検出装置において、
前記光学的非接触式距離センサを互いに感度を異ならせて複数設けたことを特徴とする車両用生体信号検出装置。 - 請求項9に記載の車両用生体信号検出装置において、
前記複数の光学的非接触式距離センサは、1つの発光手段を共用することを特徴とする車両用生体信号検出装置。
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