JP6009576B2 - ステアリングホイール搭載型光センサによるバイタルパラメータの検出装置 - Google Patents

Description

本発明は，請求項１の前提部に記載した，車両の搭乗者の少なくとも１つのバイタルパラメータを検出するための検出装置に関する。

搭乗者のバイタルパラメータを，光電式容積脈波記録法（容積変化を計測）及び光学式パルスオキシメータ（酸素飽和度を計測）のそれぞれにより検出することが知られており，通常は非侵襲で，特に脈拍，脈拍変動及び動脈血酸素飽和度を，光が組織を透過する際の吸光又は反射光を計測することで測定する。

容積脈波記録法及びパルスオキシメータはこの場合，基本的に類似の光学的計測方法に基づくものである。容積脈波記録法は，特に血管の容積変化によって生じる吸光の変化を光学的に計測することで測定する。一方パルスオキシメータは，血中酸素飽和度によって異なる吸光に基づくか又は赤色計測光線及び赤外計測光線が皮膚及び組織を透過する際の光の放射に基づいている。

一般にパルスオキシメータは，指先，爪先又は耳たぶに装着した光学センサで酸素飽和度（SpO₂）を測定し，多くの場合クリップセンサ又は糊センサにより計測を実施する。この場合使用されるセンサは，通常例えば赤色ダイオード及び／又は赤外線ダイオード方式である１つ又は２つの光源から構成され，フォトセンサ又はフォトダイオードと共に作動する。その際，赤外線ダイオードは電磁スペクトルの不可視領域に照射，一方赤色ダイオードは可視領域に放射する。

血中ヘモグロビンは，酸素の飽和度により異なって着色されるため，透過する赤色光又は赤外光に対して吸光度が異なり，この吸光度をフォトセンサが捉える。この場合，例えば計測結果を参照テーブルと比較する評価装置により，毛細血管の血中酸素飽和度を検出又は計測できる。酸素飽和度に加えて，光電子センサ装置により一般的な脈拍又はパルス繰返数，脈拍及びパルス繰返数の変動も計測可能である。

この場合，光電式容積脈波記録法及び光学式パルスオキシメータは臨床で一般的に使用されており，患者の状態観察及び診断目的の両方に使用される。特にパルスオキシメータは「在宅医療」用として使用が顕著に増加しており，患者の健康状態観察用として住居環境に取り入れられている。パルスオキシメータは，特に心臓病のリスク要因を抱える患者のケア及び睡眠障害の診断に適しており，疲労又はストレス状態を認定する。

光電式容積脈波記録法（容積変化を計測）及び光学式パルスオキシメータ（酸素飽和度を計測）は，上述のような患者又は一般人のバイタルパラメータの検出目的で適用するものであるが，固定状態又は病院内に限定して実施されるわけではなく，移動中，例えば自動車又は車両の走行中でも実施可能である。

そうした非固定状態で計測するために，基本的には携帯型装置が知られている。この携帯型装置の場合，各センサを体に直に装着する。しかしながら，こうした装着により患者の行動の自由が制限されるため，上述の適用方法又は装置は，特に自動車内で計測を行うための解決手段としては大抵の場合受け入れ難い。従って，車内環境で体の自由が制限されるという問題を解決すべく，すでに上述の光学センサを車両の操作要素に一体化する試みが実行されている。この場合の目的とは，運転手に対する影響を可及的に低減した状態で，バイタルパラメータを恒常的に検出することである。

ドイツ特許出願公開第10 2008 056 250 A1号明細書は，車両のシフトノブ内部に一体化した容積脈波記録法又はパルスオキシメータ用の光学センサを開示する。従来技術で開示されたこの解決策の場合，計測のために運転手はまずステアリングホイールから手を離さなければならないため，運転手の健康状態をモニタリングする観点から望ましい規則正しい計測が，それほど頻繁には実施されない可能性がある。このような理由から，上述の計測方法の光学センサを，車両のステアリングホイールに一体化する提案がなされた。しかし，ステアリングホイール内に配置された場合，特にステアリングホイール内でのスペース状況が厳しいため，風防ガラスに近接して輝度が変動する可能性が高い。また計測に必要とされる指の位置の再現も困難であるため，光学計測用の信号品質が不十分である状態が頻出する。

更に従来技術は，容積脈波記録法又はパルスオキシメータによる計測の代替又は追加として，走行中の車内における心電図計測の実施についても開示している。この場合，必要となる心電図電極をステアリングホイール，特にステアリングホイールの上側領域に配置する試みが既になされている。しかしこうした配置には，同様にステアリングホイール設計の観点から見て欠点があり，また太陽光でステアリングホイール又は心電図センサが著しく熱せられた場合の計測値変動という問題も関連する。

ドイツ特許出願公開第10 2008 056 250 A1号明細書

本発明の課題は，上述の欠点又は制約を克服する，バイタルパラメータの検出装置を提供することである。この場合本発明により，車両の運転手の血中酸素含有率，脈拍特性及び／又は心電図を検出する計測センサが，特に確実かつ作動時に堅牢であるよう取り付け可能となる。特に，計測センサを車両のシフトノブ領域内及び／又はステアリングホイール上に配置する際の上述の欠点を，本発明により克服可能とする。

本発明の課題は，請求項１に記載の特徴を備える本発明の検出装置により解決される。

好適な実施形態は，従属請求項より明らかとなる。

本発明による検出装置は，車両の搭乗者に係る少なくとも１つのバイタルパラメータを検出する。このために検出装置は，少なくとも１つの光学センサを有する少なくとも１つの指センサ手段を備える。その際，光学センサは少なくとも１つの第１光源と，少なくとも１つの光感応素子とを有する。

検出装置は，指センサ手段がステアリングホイールにおいて，ホイールスポークとホイール中核部又はステアリングホイール弾性体との間の移行領域に配置されることを特徴とする。通常ステアリングホイールの構成は，ステアリングホイール中央にホイール中核部又はステアリングホイール弾性体又はステアリングホイールハブを配置してステアリングコラムと接続させ，ステアリングホイールで実行される操作動作をステアリングコラムに伝達する。その際，ホイール中核部はホイールスポークを介して，ホイール中核部とは間隔を空けて回転する，多くの場合環状のステアリングホイールと接続する。ホイール中核部は通常，クラクションとして構成された操作装置，及び車両の構成によっては運転手用エアバックを備える。ステアリングホイールは，車両操作者又は運転手のための操作要素を構成し，随意の操舵運動を受容し，伝達する。ステアリングホイールに作用する操舵運動は，ステアリングホイールとホイール中核部との間の，１つ又は複数の固定接続部として構成されたホイールスポークを介してホイール中核部へと伝わり，更にホイール中核部を介してステアリングコラムへ至る。

既知の通り，通常ステアリングホイールは更に操作要素をボタン又はスイッチの形状で備えており，無線装置，ナビゲーションシステム，エアコン，車載コンピュータ機器，速度制御装置，ハンズフリー装置又はその他の操作装置を遠隔操作する。言い換えれば，運転手はステアリングホイールに配置された操作要素を介して，自身の手をステアリングホイールから離すことなく，又はステアリングホイール上の手の位置を変えることなく，各操作装置を操作可能である。これにより更に，運転手が各操作装置を直接操作すべく，通常視線を前方から逸らす状態を低減できる。

ボタン及び／又はスイッチは，通常ホイール中核部の側面，言い換えればステアリングホイールにおいて，ホイール中核部とステアリングホイールとの間の中間領域に配置される。代替的又は付加的に，こうしたボタン及びスイッチをホイール中核部とホイールスポークとの間に伸長する移行領域にも配置可能である。この場合ホイールスポークは，ステアリングホイールからホイール中核部の方向に伸長し，移行領域によりホイール中核部と堅固に接続する。移行領域は構成部品の側で，ホイールスポークの一部として，及び／又はホイール中核部の一部として形成可能である。言い換えれば，移行領域はホイールスポークの端部領域とすることが可能であり，このホイールスポークの端部領域にホイール中核部の端部領域が隣接するか，又はホイール中核部の端部領域とし，このステアリングホイールの端部領域にホイールスポークの端部領域が隣接し，その際ホイールスポークとホイール中核部とは互いに接続する。更に，移行領域の一部をホイールスポークにより，移行領域の他の部分をホイール中核部により形成することも考慮可能であり，この場合ホイールスポーク及びホイール中核部は移行領域において相互に隣接し，互いに接続する。この場合移行領域は，例えば上述したような操作装置を遠隔操作するための１つ又は複数の操作要素が，移行領域に配置されるか又は配置可能であることを特徴とする。その際，１つ又は複数の操作要素は，運転手がステアリングホイールから手を離すことなく操作可能であり，更に好適にはステアリングホイール上の手の位置を変えることなく操作可能である。

指センサ手段をステアリングホイールにおいて，ホイールスポークとホイール中核部との間の移行領域に配置することには，運転手が検出すべきバイタルパラメータを計測する，例えば血中酸素含有率又は脈拍を検出するためにも，もはや手をステアリングホイールから離すことなく，例えばシフトレバーの領域に配置された計測センサに手を置くのみで済む利点がある。更に本発明により，可及的に労力を押さえた状態で，例えばステアリングホイールに配置された指センサ手段の領域に指を置くのみでバイタルパラメータを計測できる。指センサ手段をホイールスポークとホイール中核部との間の移行領域に配置することにより，手をステアリングホイールから離すことなく計測可能となる利点が生じる。

上述のように計測が容易になることで，より簡易化され，計測を頻繁かつ定期的に実行可能となり，特に既述の健康的リスク要因を有する患者にとって，大いなる意味がある。

指センサ手段をステアリングホイールにおいて，ホイールスポークとホイール中核部又は弾性体との間の移行領域に配置することには更に，ステアリングホイールのこの部分は，通常太陽光に直接照射されないという利点がある。それにより，従来技術の場合に発生していた，誤った光線照射によるセンサへの影響，又は同様に従来技術の場合に観察された，ステアリングホイールに配置された接触面が著しく熱せられるという状況も低減される。

この場合指センサ手段は特に，手の動きを更に加えずとも，既にステアリングホイールの定位置において，運転手の手が対応するセンサ面に到達可能な位置に配置される。これにより，可及的に労力を押さえた状態で計測可能となり，効果的にバイタルパラメータを検出できる。

好適な実施形態に従い，指センサ手段はこの場合，ステアリングホイールの運転手とは反対側の裏側に配置可能であり，少なくとも１本の指（親指を除く）で接触可能とされる。又は指センサ手段は，ステアリングホイールの運転手側の表面側に配置されることも可能であり，親指で接触可能とされる。両方の場合とも，ステアリングホイールから手を離すことなく，ステアリングホイールの操舵を継続したまま指又は親指が指センサ手段に接触可能とされる。

本発明は，指センサ手段の位置がホイールスポーク及びホイール中核部との間の領域，好適にはステアリングホイールの裏側にある限り，指センサ手段の構成が独立しているか，及びステアリングホイールと接続しているかに係らず実現可能である。特に好適な本発明の実施形態に従い指センサ手段は，ホイール中核部に対して弾性的に懸架されたセンサの検出面領域に配置される。

ステアリングホイールの弾性を有するセンサの検出面領域に指センサ手段を配置することは，運転手の指が確実に，再現性のある状態でセンサ面に接触可能とされる点で特に有効である。なぜなら，センサ面がばね懸架式で弾性を有することで，既に１本又は複数本の指が十分な接触圧力でセンサ面に接しているか否かに関し，運転手に対し触覚的にフィードバックするからである。

本発明は更に，センサの検出面領域がステアリングホイールにおいて，如何なる構成により弾性を有するかに係らず実現可能である。従って例えば，弾性を有する１個体としてセンサ面をステアリングホイールカバーに配置することが考えられる。接触圧力が正しくセンサ面に伝達されているか，明確に感知，再現可能な触覚的なフィードバックを得るために，本発明の特に好適な実施携帯に従い，センサの検出面領域が押しボタンスイッチの操作面により構成される。このように，弾性的にステアリングホイールに配置されたセンサ面の操作力及び操作経路を構造的に厳密に限定し，力及び経路を更に長期間に亘って再現可能とする。この場合好適には，対応する操作，つまり押しボタンスイッチを押し下げることで，計測過程が自動的に起動するようボタンスイッチが構成される。更にこれにより，計測センサ領域における１本又は複数本の指の接触圧力が十分高まった時点でのみ，確実に計測が実行される。

本発明の更なる好適な実施形態に従い，センサの検出面領域は少なくとも１つの窪んだ指床を備え，親指の指先又は少なくとも１本の他の指の指先を受ける。この場合，窪んだ指床内に光学センサが同じ高さで配置される。センサの検出面領域内に配置された窪んだ指床には，その内部にセンサが配置され，指がセンサの領域内に正しく接触しているかに関する触覚的フィードバックが更に向上するため，バイタルパラメータ計測の信頼性が更に向上する。

本発明の更なる特に好適な実施形態に従い，センサの検出面領域は実質的に平坦なパドル状に構成される。これにより，特に手の指が長時間にわたってセンサの検出面領域にある場合，手の複数本の指を同時に接触させることが容易になり，ステアリングホイール保持の快適感が向上する。この場合好適には，センサの検出面領域は更に導電面を備えることとし，導電面は心電図を作成するための評価装置に接続される。

この実施形態により，脈拍又は血中酸素含有率の計測又は監視に加え，更に運転手の心電図が作成可能であり，それによりバイタルパラメータを更に確実に検出，又は対応してモニタリング可能となり，運転手の健康状態が把握可能となる。

本発明の更なる好適な実施形態に従い，検出装置はステアリングホイールに配置された２つの指センサ手段を備える。両指センサ手段はそれぞれ運転手の手に割り当てられるため，対応してステアリングホイールに対称的に配置される。このようにして，バイタルパラメータ計測の信頼度及び精度は，例えば平均値の算出により更に向上可能である。２つのセンサを備えることは，更に特に心電図計測の面で有効である。

本発明の更なる好適な実施形態に従い，光学センサは光感応素子に加えて，可視波長領域の光を生成する第１光源と，特に赤外線波長領域である不可視波長領域の光を生成する第２光源とを備える。このようにして，本発明によるバイタルパラメータ検出装置により，血管の容積に関連する計測を特に光電式容積脈波記録法の形式で，血液に関連する計測を特に光学式パルスオキシメータによる酸素計測の形式で実行する。

本発明の更なる実施形態に従い，押しボタンスイッチは車両の更なる機能のための操作装置として構成される。好適にはこの場合，押しボタンスイッチは変速機用のシフトパドルスイッチで構成される。

押しボタンスイッチを操作又は押し下げることでバイタルパラメータの検出を起動するか，又は更なる機能，特にシフトチェンジを起動するかの違いを分類するべきであり，この場合異なる方法により分類が可能である。例えば，２つの押しボタンスイッチ又はシフトパドルスイッチのうちの１つのみを押す場合は，原則的にシフトチェンジ命令として分類し，一方両方の押しボタンスイッチ又はシフトパドルスイッチを押す場合には，原則的にバイタルパラメータ計測を起動する命令として分類可能である。代替的に，ステアリングホイールに例えば追加ボタンを備え，この追加ボタンを押し下げることに続いて又は同時に，１つ又は２つのシフトパドルスイッチを操作した場合には，シフトチェンジ命令ではなく，バイタルパラメータ検出命令として分類することも可能である。

本発明により，バイタルパラメータを確実かつ総合的に計測及び監視可能な検出装置が提供可能であり，一方運転手に対しては走行快適性又は走行安全性が損なわれず，特にステアリングホイールから手を離す必要もない。指センサ手段の好適な実施形態及び配置により，更により計測精度が高まり，光や温度等の環境要因変動による影響が低減される。

本発明の更なる特徴及び利点は，下記に示す本発明の好適な実施形態の記述により明らかとなる。実施形態の記述は，好適な実施形態の詳細を示す図面及び請求項に基づく。個々の特徴は各単体として，又は複数を随意に組み合わせた本発明の変形実施形態として実現可能である。

本発明の実施形態について，添付の図面に基づいて以下に詳述する。
本発明の好適な実施形態に従うバイタルパラメータの検出装置を備えた，車両のステアリングホイールの正面図である。 検出装置を備えた図１のステアリングホイールの裏面図である。 図１及び図２の検出装置を備えたステアリングホイールの部分平面図である。 図１及び図２の検出装置のセンサパドルスイッチの拡大斜視図である。

図１及び図２は，本発明の好適な実施形態に従う検出装置を備えた車両のステアリングホイール１を示す。図１及び図２からなる全体図からはこの場合，まず図示の実施形態のステアリングホイール１が２つの指センサ手段２及び３を備えることが見て取れる。この場合，指センサ手段２及び３はステアリングホイール１の運転手とは反対側の裏側において，ホイールスポーク４及びホイール中核部又はステアリングホイール弾性体５との間の各移行領域に配置される。

センサ2，3の位置により，例えば走行中にも，手をステアリングホイール１から離すことなく，可及的に労力を抑えた状態で，運転手のバイタルパラメータに必要な計測を実行可能である。この場合，ステアリングホイール１での手の保持状態を変えることなく計測可能であることを特徴としている。なぜならステアリングホイール１は本発明に従い，多くの場合，平行する両スポーク４の領域に配置されるためである。従ってバイタルパラメータの計測は，この場合センサパドルスイッチ2, 3として構成されたセンサに単に指をのせるのみで（指がまだセンサ上に位置していない場合），起動される。

図３は，図１及び図２に示されたステアリングホイール１の両センサ2, 3の，据え付け状態を再度示す拡大平面図であり，一方図４はセンサ2, 3を再度個別に示す斜視図である。図３及び図４から，本発明のこの実施形態におけるセンサ2, 3が，押しボタンスイッチ又はシフトパドルスイッチ2, 3のモジュール形式で構成されていることが分かる。従って，押しボタンスイッチ2, 3の操作面６が同時に指用の接触面を構成し，操作面６には特に窪んだ指床７が備わり，光学的なバイタルパラメータ検出を目的として指先を受ける。指床７の内部には光学センサ８が配置され，光学センサ８は計測に必要とされる発光ダイオード又はフォトセンサを備える。

バイタルパラメータの検出又は計測は，本発明の図示の実施形態においては，好適には手の３本の指を，１つ又は両押しボタンスイッチ2, 3の操作面６に接触させることで実施される。その際，３本の指のうち中央の指が窪んだ指床７内におさまり，これにより光学センサ８と直に接触することになる。その後，押しボタンスイッチ2, 3の操作面６を軽く圧迫することで，矢印９に図示したように押しボタンスイッチ2, 3が押し下げられ，更に押しボタンスイッチ2, 3内部で電気的接触が作動し，計測が実際に起動する。

従ってセンサ８を押しボタンスイッチ2, 3に一体化すると，二重の意味で好都合である。一方では，押しボタンスイッチ2, 3が押し下げられるという特定の時点に計測を制御して実行するということ。他方では，このようにして計測を起動するために押しボタンスイッチ2, 3を押し下げることが必要であるため，計測の観点からは，計測実行が求められる場合に，主たる表面と計測センサ８との間に定義された内部接触が常に実際に存在することである。

更に図示の実施形態においては，血液循環関連のパラメータを光学センサ８で光学的に計測するのと同時に，心電図計測も実施可能である。このため，押しボタンスイッチ2, 3の表面６は金属製とするか，又は導電性の表面層を備えることとする。このようにして，指先表面と押しボタンスイッチ2, 3の表面６との間を流れる接触電流を電子的に評価し，対応する心電図を作成し，運転手の健康状態のモニタリングに統合する。

更に図１においては，センサ2’, 3’が，ステアリングホイール１の運転手側の表面側に配置された代替実施形態も図示される。センサ2’, 3’はこの場合，同様に内部に指床７を配置した導電性の操作面６を備え，指床７の内部には再び独自の光学センサ８が配置される。センサ2’, 3’をステアリングホイール１の運転手側に配置する場合，ステアリングホイール１での手の基本位置を変えることなく各親指が指床７に接触可能とされるよう，センサ2’, 3’又は付随する指床７を形成又は構成する。

センサ2, 3又は2’, 3’を配置する際の更なる（図示されていない）可能性は，導電性の操作面６，指床７及び光学センサ８を備えるセンサをステアリングホイールに配置した場合，手をステアリングホイール１から離すことなく又はステアリングホイール１での手の基本位置を変えることなく，１本又は複数本の指が各センサに接触可能にされるという条件の基で考慮可能である。

従って結果的に本発明により，特に自動車の走行中にバイタルパラメータを確実に計測及び監視可能である検出装置が達成される。その際同時に，例え計測実施中であっても，走行快適性又は走行安全性に対する影響を低減又は排除できる。

１ ステアリングホイール
2, 3 指センサ手段，押しボタンスイッチ，シフトパドルスイッチ
2', 3' 指センサ手段，押しボタンスイッチ
４ ホイールスポーク
５ 弾性体，ホイール中核部
６ センサの検出面領域，操作面，心電図接触面
７ 指床
８ 光学センサ
９ ボタン操作経路

Claims (11)

1. ステアリングホイール（１）を備える車両の搭乗者に係る少なくとも１つのバイタルパラメータを検出するための検出装置であって，該検出装置は，少なくとも１つの光学センサ（８）を有する少なくとも１つの指センサ手段（2, 3）を備え，前記光学センサ（８）が，少なくとも１つの第１光源と，少なくとも１つの光感応素子とを有する検出装置において，前記指センサ手段（2, 3）が，前記ステアリングホイール（１）におけるホイールスポーク（４）とホイール中核部（５）との間の移行領域に配置されており、
   前記センサの検出面領域が押しボタンスイッチ（2, 3）の操作面（６）により構成されており、
   前記押しボタンスイッチ（2, 3）が計測過程を起動するよう構成されていることを特徴とする検出装置。
2. 請求項１に記載の検出装置であって，前記指センサ手段（2, 3）は，前記ステアリングホイール（１）の運転手とは反対側の裏側に配置され，少なくとも１本の指で接触可能とされていることを特徴とする検出装置。
3. 請求項１に記載の検出装置であって，前記指センサ手段（2, 3）は，前記ステアリングホイール（１）の運転手側の表面側に配置され，親指で接触可能とされていることを特徴とする検出装置。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の検出装置であって，前記指センサ手段（2, 3）が，前記ホイール中核部（５）に対して弾性的に懸架されたセンサの検出面領域（６）に配置されていることを特徴とする検出装置。
5. 請求項４に記載の検出装置であって，前記センサの検出面領域（６）は少なくとも１つの窪んだ指床（７）を備え，親指の指先又は少なくとも１本の他の指の指先を受け，前記指床（７）内に前記光学センサ（８）が同じ高さで配置されていることを特徴とする検出装置。
6. 請求項４又は５に記載の検出装置であって，前記センサの検出面領域（６）は実質的に平坦なパドル状に構成されていることを特徴とする検出装置。
7. 請求項４〜６の何れか一項に記載の検出装置であって，前記センサの検出面領域（６）は導電面を備え，該導電面は心電図を作成するための評価装置に接続されることを特徴とする検出装置。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載の検出装置であって，該検出装置はステアリングホイールに対称的に配置された２つの指センサ手段（2, 3）を備え，両指センサ手段（2, 3）はそれぞれ運転手の手に割り当てられることを特徴とする検出装置。
9. 請求項１〜８の何れか一項に記載の検出装置であって，前記光学センサ（８）は，可視波長領域の光を生成する第１光源と，不可視波長領域の光を生成する第２光源と，少なくとも１つの光感応素子とを備えることを特徴とする検出装置。
10. 請求項１，５〜９の何れか一項に記載の検出装置であって，押しボタンスイッチ（2, 3）は車両の更なる機能のための操作装置として構成されていることを特徴とする検出装置。
11. 請求項１０に記載の検出装置であって，前記押しボタンスイッチ（2, 3）は変速機用のシフトパドルスイッチで構成されていることを特徴とする検出装置。

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