JP5494432B2 - 車両用生体信号検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用生体信号検出装置に関する。

特許文献１では、シートベルトバックルに圧力センサを取り付け、シートベルト引っ張り方向（長さ方向）に作用する力の変化を計測して乗員の呼吸状態を検出している。

特開２００４−２９０３２４号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、シートベルト引っ張り方向は圧力変化の幅が小さいため、圧力センサの感度（乗員が呼吸した際の圧力センサ出力電圧の変化幅）が低く、呼吸状態を精度良く検出できないという問題があった。
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。

本発明では、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。

乗員が呼吸をしたときのシート側部とステー側面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、呼吸状態の検出感度を高めることができ、呼吸状態を精度良く検出できる。

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である。 図１のA矢視図である。 圧力センサ10により得られた呼吸信号の一例である。 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側から見た図である。 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。 図６の要部拡大図である。 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る。 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。 他の実施例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。

以下、本発明の車両用生体信号検出装置を実施するための形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。
〔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。

ステー8のシート側の側面（ステー側面）１１とシート側部5との間には、圧力センサ（呼吸状態検出手段）10を介在（挟装）する。圧力センサ10は、ステー側面11に固定する。圧力センサ10は、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)フィルムを用いた圧力センサを用い、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し、電気信号に変換して出力する。

ここで、運転者2が入れ替わった場合、運転者2の体格に応じてステー8が車両前後方向に動く。このとき、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とが摺接する。この摩擦による圧力センサ10の故障を低減するために、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の少なくとも一方には、潤滑油やダイヤモンドライクカーボン膜、フッ素樹脂膜等により潤滑性を高める潤滑表面処理を施す。
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。

次に、作用を説明する。
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。

また、実施例１では、圧力センサ10をステー8とシート側部5との間に挟装したため、運転者2の呼吸によりステー8が車幅方向に揺動する際、シートベルトバックル7を力点、ステー8のステー取り付け部9を支点、圧力センサ10とシート側部5との接触部分を作用点とする梃子の原理が発現することで、圧力センサ10の検出信号の電圧値の振幅を大きく変化させることができ、より高感度に圧力変化を検出できる。図３は、圧力センサ10により得られた呼吸信号の一例であり、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。

また、従来装置では、シートベルトバックルに圧力センサを取り付けるためにシートベルバックルの形状を大型化する必要があったのに対し、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構造としたため、シートベルトバックル7の大型化を回避できる。
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。

次に、効果を説明する。
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。

(2) 呼吸状態検出手段を、シート側部5とステー側面11との間に介在し、シート側部5とステー側面11との間の距離の変化に応じた圧力信号を出力する圧力センサ10としたため、シート側部5とステー側面11との間の距離の変化に対して梃子の原理の発現により呼吸信号の変化幅を大きくでき、より高感度に圧力変化を検出できる。また、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。

(3) 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の少なくとも一方に潤滑表面処理を施したため、圧力センサ10とシート側部5との摩擦に伴うセンサ故障を低減できる。

(4) 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たため、圧力センサ10とシート側部5との摩擦に伴うセンサ故障を低減できる。

〔実施例２〕
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。

次に、作用を説明する。
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。

次に、効果を説明する。
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。

〔実施例３〕
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。

〔実施例４〕
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。

ここで、発光ダイオード31aの発光波長帯域およびフォトダイオード31bの受光波長帯域は、可視光線波長帯域以外の帯域とする。また、フォトダイオード31bの受光波長に関しては光源である発光ダイオード31aの発光波長と少なくとも一部が重なるように選択する。
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。

次に、作用を説明する。
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。

また、従来装置では、シートベルトバックルに圧力センサを取り付けるためにシートベルバックルの形状を大型化する必要があったのに対し、実施例４では、シート側部5とステー側面11との間の距離の変化を圧力変化として検出する構造としたため、シートベルトバックル7の大型化を回避できる。
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。

実施例４では、発光ダイオード31aの発光波長帯域およびフォトダイオード31bの受光波長帯域は、可視光線波長帯域以外の帯域としている。車外から窓ガラスを通って日射や街灯が外乱光として車室内に入ることがあり、光学的非接触式距離センサ31に用いられるフォトダイオード31bはそれらによる光強度変化も計測してしまう。一方、車両用窓ガラスには可視光線はよく透過させるが、日焼けやジリジリ感の低減のために紫外線や近赤外線はよく光減衰させるような波長透過特性を持たせている。
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。

次に、効果を説明する。
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。

(7) シート側部5の発光ダイオード31aの投射光が当たる部分に、鏡面処理を施したため、シート側部5からの反射光の強度が増大でき、より高感度に距離変化を検出できる。

(8) 光学的非接触式距離センサ31における発光ダイオード31aの発光波長帯域およびフォトダイオード31bの受光波長帯域を、可視光線波長帯域以外の帯域としたため、外乱光による検出精度の悪化を抑制できる。

〔実施例５〕
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。

次に、作用を説明する。
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。

次に、効果を説明する。
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。

〔実施例６〕
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。

次に、効果を説明する。
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。

（他の実施例）
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。

発光ダイオードをシート側部、フォトダイオードをステー側面に取り付けてもよい。また、その逆でもよい。前者の場合、ステーは運転者の体格に応じて前後方向に動くため、シート側部に取り付けられた発光ダイオードとステー側面に取り付けたフォトダイオードとが対向できず十分にフォトダイオードに光が到達しなくなる場合が考えられる。よって、図１１に示すように、ステー8に取り付けたフォトダイオード51bの軌跡に対応してシート側部5に複数の発光ダイオード51aを取り付けてもよい。また、後者の場合、フォトダイオードを複数個取り付けるため、最良の呼吸信号を選択して用いる。

光学的非接触式距離センサに代えて、距離変化を計測できる静電容量センサ、マイクロ波ドップラセンサ等を用いてもよい。
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。

1 シート
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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。

Images