JP6107786B2 - 生体情報取得装置 - Google Patents

Description

本発明は、生体情報取得装置に関するものである。

従来より、人体の生体情報を取得する生体情報取得装置が知られている。

例えば特許文献１に記載の生体情報取得装置は、自動車のシートの背もたれ部に配置される複数の感圧部（空気袋）を備えている。生体情報取得装置では、着座者の体動が感圧部に伝わると、感圧部の空気圧変動に伴う腰部付近の大動脈の脳波を含む時系列信号データが取得される。この時系列信号データを信号処理することで、生体情報としての入眠予兆が検出される。

また、特許文献２には、マットを構成するポリウレタンフォームの内部中間部に感圧部（シリコンチューブ）が埋設される生体情報取得装置が開示されている（特許文献２の図３を参照）。マットに寝そべった状態の人体の体動が感圧部に伝わると、感圧部内の圧力変化が圧力センサで検出される。生体情報取得装置では、この圧力センサで検出された信号に基づき、心拍や呼吸等の生体情報が検出される。

特開２０１０−４６２３６号公報 特開２００３−２３５８２８号公報

ところで、上記のような感圧部をソファ等の椅子に配置し、人体（着座者）の生体情報を取得する構成が考えられる。ところがソファの座部に単純に感圧部を設置すると、着座者に対して感圧部が邪魔となる、あるいは感圧部が着座者の臀部に直接当たることになり、快適性が損なわれてしまう。

一方、特許文献２に記載のように、感圧部を柔軟な部材（ポリウレタンフォーム等）の内部に埋設することも考えられる。しかし、このようにすると、着座時において、感圧部とともにポリウレタンフォームが大きく変形するため、着座時における感圧部の内圧の変化が小さくなり、生体情報の検出精度が低下してしまうという問題が生じる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、着座者の快適性を維持でき、且つ生体情報の検出精度の高い生体情報取得装置を提案することである。

第１の発明は、背もたれ部（23）と座部（22）とを有する椅子（21）と、上記座部（22）に配置される感圧部本体（34）を有する感圧部（31）と、該感圧部（31）で受圧した着座者（S）の体動に基づき、該着座者（S）の生体情報を取得する情報取得部（30）とを備えた生体情報取得装置を対象とし、上記座部（22）には、該座部（22）の表面に近い側から内側に向かって順に、上記座部（22）の全体に形成される第１層（61）と、該座部（22）の少なくとも上記感圧部本体（34）の設置箇所に対応する箇所に形成される第２層（62）と、該座部（22）の全体に形成される第３層（63）とが設けられ、上記第２層（62）の剛性が上記第３層（63）の剛性より高く、且つ上記第１層（61）の剛性が上記第３層（63）の剛性よりも低く、上記感圧部本体（34）は、上記第１層（61）の下側で且つ上記第２層（62）の上面に設置されることを特徴とする。

第１の発明では、椅子（21）に座った着座者（S）の体動が、座部（22）に配置される感圧部（31）に作用する。情報取得部（30）は、感圧部（31）で受圧した体動に基づき着座者（S）の生体情報を取得する。

椅子（21）の座部（22）は、表面に近い側から内面側に向かって順に、第１層（61）、第２層（62）、及び第３層（63）が積層される。感圧部（31）の感圧部本体（34）は、第１層（61）と第２層（62）との間に配置される。これにより、感圧部（31）は、第２層（62）や第３層（63）と比較して柔軟な第１層（61）に覆われる。従って、着座者（S）は柔軟な第１層（61）に座ることになり、且つ着座者（S）の臀部や太股部に対して、感圧部（31）が直接当たってしまうこともない。

第２層（62）の剛性は、第１層（61）や第３層（63）の剛性よりも高い。つまり、感圧部本体（34）の裏側には比較的剛性の高い第２層（62）が設けられる。このため、着座者（S）の体動に起因して第２層（62）が大きく変形してしまうことを防止でき、着座者（S）の体動を感圧部本体（34）で確実に受圧できる。これにより、感圧部（31）の検知精度が向上する。

第３層（63）は、第２層（62）よりも柔軟なため、椅子（21）のクッション性能を確保できる。これにより、着座者（S）の快適性を確保できる。

第２の発明は、第１の発明において、上記感圧部は、着座者（S）の体動に伴い内圧が変化する感圧チューブ（31）で構成され、上記感圧部本体は、上記第１層（61）と第２層（62）との間に配置されるチューブ本体（34）で構成されることを特徴とする。

第２の発明では、座部（22）の第１層（61）と第２層（62）との間に感圧チューブ（31）のチューブ本体（34）が配置される。第２層（62）は、第１層（61）や第３層（63）と比較して剛性が高いため、第２層（62）がチューブ本体（34）とともに下方へ陥没することを防止できる。この結果、着座者（S）の体動に伴う感圧チューブ（31）の内圧変化が顕著となり、感圧チューブ（31）の検知精度が向上する。

第３の発明は、第２の発明において、上記座部（22）は、上記第３層（63）よりも内側に配置され、該第３層（63）よりも剛性が高い第４層（64）を有し、該第４層（64）には、上記感圧チューブ（31）の一部が挟み込まれて保持される切り込み部（64a）が形成されることを特徴とする。

第３の発明の座部（22）では、第３層（63）よりも内側に第４層（64）が設けられる。第４層（64）には、切り込み部（64a）が形成され、この切り込み部（64a）に感圧チューブ（31）の一部が挟み込まれて保持される。第４層（64）は、第３層（63）と比較して剛性が高いため、切り込み部（64a）の間に感圧チューブ（31）を強固に保持できる。

第４の発明は、第１乃至第３のいずれか１つの発明において、上記座部（22）の表面は、上記背もたれ部（23）に向かうにつれて低くなるように後ろに傾斜していることを特徴とする。

第４の発明の座部（22）では、その表面が背もたれ部（23）に向かうにつれて低くなるように後ろに傾斜している。このため、着座者（S）の臀部が、座部（22）と背もたれ部（23）との間に嵌まり込むような姿勢となり、着座者（S）の姿勢が大きく変化することを防止できる。この結果、着座者（S）の体動を精度良く検知できる。

第５の発明は、第１乃至第４のいずれか１つの発明において、上記椅子（21）の前側に配置され、上記座部（22）の前縁上端よりも高い位置に脚置面（28）を形成する脚置部（26）を備えていることを特徴とする。

第５の発明では、椅子（21）の前側に脚置部（26）が配置される。脚置部（26）の脚置面（28）は、椅子（21）の前縁上端よりも高い位置になる。このため、着座者（S）が椅子（21）に座り、脚を脚置部（26）に載せた状態では、着座者（S）が背もたれ部（23）側に大きく倒れ込むような姿勢となる。この結果、着座者（S）の姿勢が大きく変化することを防止でき、着座者（S）の体動を精度良く検知できる。

第６の発明は、第１乃至第５のいずれか１つの発明において、上記感圧部本体（34）は、上記座部（22）の前後方向の中間部よりも後方寄りに配置されることを特徴とする。

第６の発明では、座部（22）の前後方向の中間部よりも後方寄りに感圧部本体（34）が配置される。これにより、着座者（S）の臀部や太股部が感圧部本体（34）に当たりやすくなり、着座者（S）の体動を精度良く検知できる。

本発明によれば、着座者（S）の快適性を確保しつつ、感圧部（31）による体動の検知精度を向上できる。また、上記第２の発明によれば、感圧チューブ（31）を用いて着座者（S）の体動を検知できる。

また、上記第３の発明によれば、感圧チューブ（31）を第４層（64）の切り込み部（64a）に強固に保持でき、感圧部本体（34）の位置ずれを回避でき、ひいては感圧部（31）による体動の検知精度を向上できる。

第４や第５の発明によれば、着座者（S）の姿勢が大きく変化することを規制できるので、感圧部（31）による体動の検知精度を向上できる。第６の発明によれば、座部（22）の後方寄りに感圧部本体（34）を配置することで、着座者（S）の体動を感圧部（31）に確実に作用させることができ、体動の検知精度を向上できる。

図１は、実施形態に係る生体情報取得装置の全体構成を示す概略斜視図である。 図２は、生体取得情報装置の側面図である。 図３は、ソファの内部構造を示す縦断面図である。 図４は、生体取得情報装置のブロック図である。 図５は、図３のV-V線断面図である。 図６は、図５のVI矢視図である。 図７は、図５のVII-VII線断面図であり、椅子に着座していない状態を示すものである。 図８は、図５のVII-VII線断面図であり、椅子に着座している状態を示すものである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

〈全体構成〉
本発明の実施形態は、人体の生体情報を取得する生体情報取得装置（10）を構成している。生体情報取得装置（10）は、生体情報として着座者（S）のストレス度又は自律神経活動を検出する。

図１及び図２に示すように、生体情報取得装置（10）は、ソファセット（20）と、情報取得ユニット（30）と、信号出力部（45）と、タブレット端末（50）（操作部）とを備えている。

[ソファセット]
ソファセット（20）は、一人掛け用のソファ（21）（椅子）と、ソファ（21）の前側に配置されるオットマン（26）（脚置部）とを備えている。ソファ（21）及びオットマン（26）の本体表面は、合成皮革（20a）（例えばポリウレタン製皮革）で覆われている。なお、この本体表面の素材として、天然皮革、ファブリック等の他の外装材を用いてもよい。

ソファ（21）は、座部（22）と、座部（22）の後側に形成される背もたれ部（23）と、ソファ（21）を支持する４本の脚部（24）とを備えている。

座部（22）は、その表面が後方（背もたれ部（23）側）に向かうにつれて下方に近づくように傾斜している。座部（22）には、着座者（S）の臀部及び太股部が対応して位置する。背もたれ部（23）は、着座者（S）の背中部及び頭部が対応して位置する。背もたれ部（23）は、その表面が後方に向かうにつれて上方に近づくように傾斜している。つまり、ソファ（21）は、座部（22）及び背もたれ部（23）が略Ｖ字状を成している。背もたれ部（23）の上部であって着座者（S）の頭部に対応する位置には、クッション（25）が取り付けられている。

オットマン（26）は、上面が略正方形の直方体状に形成され、４つの脚部（27）によって支持されている。オットマン（26）の上面には、着座者（S）の脚部が設置される脚置面（28）が形成される。図２に示すように、オットマン（26）の脚置面（28）の高さｈ１は、座部（22）の前縁端部ｈ２よりも高い位置にある。

[生体情報取得ユニット]
図３に示すように、情報取得ユニット（30）は、感圧チューブ（31）と、センサ本体（35）とを備えている。

感圧チューブ（31）は、着座者（S）の体動を受圧する感圧部を構成している。感圧チューブ（31）は、内径が約４ｍｍの樹脂製（例えば塩化ビニル製）のチューブで構成されている。感圧チューブ（31）の一端は、封止部（32）で閉塞されている。感圧チューブ（31）の他端は、接続部（33）を介してセンサ本体（35）に接続されている。感圧チューブ（31）の中間部は、ソファ（21）の座部（22）の表面近傍に配置される感圧部本体（チューブ本体（34））を構成している。チューブ本体（34）及びその周辺構造の詳細は後述する。

図３に示すように、センサ本体（35）は、ソファ（21）の内部に取り付けられる。図４に示すように、センサ本体（35）には、感圧チューブ（31）の内圧を検出するマイクロフォン（36）が設けられている。マイクロフォン（36）は、感圧チューブ（31）の内圧を受けて圧力信号を出力する。

図４に示すように、センサ本体（35）には、前処理部（37）、搏動間隔検出部（38）と、ストレス度算出部（39）、及び記憶部（40）が設けられている。

前処理部（37）は、マイクロフォン（36）から出力された信号に対し所定のフィルタ処理を行う。搏動間隔検出部（38）は、処理後の信号から振幅の大きなＲ波を導出する。そして、搏動間隔検出部（38）は、所定の区間毎において、搏動間隔の長さを算出する。

ストレス度算出部（39）は、算出した搏動間隔の変化（搏動間隔のゆらぎ）の周波数分析を行うために、搏動間隔データを直線補間して等時間間隔データに変換する。その後、この等時間間隔の搏動間隔データについて高速フーリエ変換（ＦＦＴ、Fast Fourier Transform）を行って、搏動間隔のゆらぎの低周波数成分ＬＦ（例えば０．０４〜０．１５Ｈｚ）と高周波成分ＨＦ（例えば０．１５Ｈｚ以上）との比（ＬＨ／ＨＦ）を得る。この比は、ストレス度又は自立神経活動に関する生体情報となる。例えばこの比（ＬＨ／ＨＦ）が第１所定値（例えば“２”）以上の場合にはストレス度が高い、また第２所定値（例えば“５”）以上の場合には過度のストレス状態にあると判断できる。

記憶部（40）は、マイクロフォン（36）で検出された圧力信号、搏動間隔検出部（38）で検出した搏動間隔、ストレス度算出部で算出したストレス度等を時々刻々と記憶する。なお、記憶部（40）は、圧力信号のみを記憶し、それ以外の指標を事後的に算出するようにしてもよい。

[信号出力部及び操作部]
図３及び図４に示すように、信号出力部（45）は、情報取得ユニット（30）のセンサ本体（35）とケーブル（例えばＵＳＢケーブル（46））を介して接続されている。信号出力部（45）は、センサ本体（35）から出力された信号（例えば圧力信号、搏動間隔、ストレス度等）を無線によりタブレット端末（50）に出力するように構成されている。なお、信号出力部（45）は無線ではなく有線により、所定の信号を出力するものであってもよい。タブレット端末（50）は、センサ本体（35）により算出したストレス度等を表示する表示部（51）を有している。

〈チューブ本体及びその周辺構造〉
チューブ本体（34）及びその周辺構図について、図３、図５〜図８を参照しながら詳細に説明する。チューブ本体（34）は、図３に示すように、ソファ（21）の座部（22）の表面近傍に配置されている。チューブ本体（34）は、座部（22）の幅方向（左右方向）に真っ直ぐに伸びている。チューブ本体（34）は、座部（22）の前後方向の中間部よりもやや後側に位置している。

図５に示すように、座部（22）は、複数の層（部材）が積層されて構成されている。具体的に、座部（22）は、表側から裏側に向かって順に、合成皮革（20a）、樹脂綿（61）（第１層）、ＰＶＣレザー（62）（塩化ビニルレザー、第２層）、ウレタン（63）（第３層）、チップウレタン（64）（第４層）が順に積層されている。

樹脂綿（61）の厚みｄ１、ＰＶＣレザー（62）の厚みｄ２、ウレタン（63）の厚みｄ３、チップウレタン（64）の厚みｄ４とすると、座部（22）では、ｄ２＜ｄ１＜ｄ３＜ｄ４の関係が満たされる。

また、樹脂綿（61）の剛性Ｓ１、ＰＶＣレザー（62）の剛性Ｓ２、ウレタン（63）の剛性Ｓ３、チップウレタン（64）の剛性Ｓ４、感圧チューブの剛性Ｓ５とすると、座部（22）では、Ｓ１＜Ｓ３＜Ｓ２≒Ｓ５＜Ｓ４の関係が満たされる。

図５及び図６に示すように、チューブ本体（34）は、ＰＶＣレザー（62）と樹脂綿（61）の間に挟まれて保持される。ＰＶＣレザー（62）は、チューブ本体（34）を下側から覆うような幅及び長さを有している（図６を参照）。

ウレタン（63）の幅方向の両端部には、上側切り込み部（63a）がそれぞれ形成されている。上側切れ込み部（63a）は、ウレタン（63）の左右側方からＰＶＣレザー（62）の両側端部に至るまで幅方向に延びている。チップウレタン（64）の両端部には、下側切り込み部（64a）がそれぞれ形成されている。下側切れ込み部（64a）は、チップウレタン（64）の左右側方からＰＶＣレザー（62）の両側端部に対応する部位まで幅方向に延びている。つまり、下側切り込み部（64a）は、上側切れ込み部（63a）と上下に対応する位置にある。上側切り込み部（63a）は、図５のドットを付した領域Ｒ１の部分に形成され、下側仕切込み部（64a）は、図５のドットを付した領域Ｒ２の部分に形成される。

感圧チューブ（31）のうちチューブ本体（34）から封止部（32）側に延びる部分の一部は、座部（22）の幅方向の一方の各切れ込み部（63a,64a）の間に挟まれて保持される。感圧チューブ（31）のうちチューブ本体（34）から接続部（33）側に延びる部分の一部は、座部（22）の幅方向の他方の各切れ込み部（63a,64a）の間に挟まれて保持される。これにより、感圧チューブ（31）が座部（22）に確実に固定され、座部（22）におけるチューブ本体（34）の位置ずれを防止できる。

−座部等の作用−
本実施形態では、チューブ本体（34）の全域が樹脂綿（61）で覆われている。樹脂綿（61）は、感圧チューブ（31）と比較して剛性が低く、柔軟性を有している。このため、座部（22）に座った着座者（S）の臀部や太股部に感圧チューブ（31）が直接当たることがなく、着座者（S）が違和感を覚えることもない。従って、着座者（S）の快適性を確保できる。

チューブ本体（34）は、ＰＶＣレザー（62）の上面に設置される。ＰＶＣレザー（62）は、その下側のウレタン（63）と比較して剛性が高い。このため、図７→図８に示すように、座部（22）に着座者（S）の体動（図８の白抜き矢印）が作用した際、チューブ本体（34）がウレタン（63）とともに大きく凹んでしまうことを防止できる。つまり、ＰＶＣレザー（62）によりチューブ本体（34）が下方へ変位してしまうことを防止できるので、チューブ本体（34）の内圧変化が顕著となり、圧力信号の検知精度を向上できる。

感圧チューブ（31）は、比較的剛性の高いチップウレタン（64）の下側切り込み部（64a,64a）の間に挟まれて保持される。これにより、感圧チューブ（31）の位置ずれを防止でき、ひいては座部（22）におけるチューブ本体（34）の位置ずれを防止できる。この結果、チューブ本体（34）の位置ずれに起因して圧力信号の検知精度が低下してしまうのを防止できる。

座部（22）の表面は、背もたれ部（23）に向かうにつれて斜め下方に傾斜している。このため、ソファ（21）上の着座者（S）は、臀部が座部（22）と背もたれ部（23）の間に嵌まり込むような姿勢となり、着座者（S）の姿勢が変化することを防止できる。これにより、着座者（S）の臀部及び太股部がチューブ本体（34）からずれることも防止でき、圧力信号の検知精度の低下を防止できる。

ソファセット（20）では、オットマン（26）の脚置面（28）の高さｈ１が、ソファ（21）の前縁上端の高さｈ２よりも高い位置にある（図２を参照）。このため、着座者（S）がオットマン（26）の脚置面（28）に脚を置いた状態（図１を参照）では、着座者（S）の臀部が座部（22）と背もたれ部（23）の間に嵌まり込むような姿勢となり、着座者（S）の姿勢が変化することを防止できる。これにより、着座者（S）の臀部及び太股部がチューブ本体（34）からずれることを一層確実に防止でき、圧力信号の検知精度の低下を防止できる。

座部（22）では、該座部（22）の前後方向の中間部よりもやや後方寄りにチューブ本体（34）を配置している。これにより、着座者（S）の臀部や太股部がチューブ本体（34）に対応する位置となり、圧力信号の検知精度を更に向上できる。

−実施形態の効果−
上記実施形態によれば、柔軟性を有する樹脂綿（61）とある程度の剛性を有するＰＶＣレザー（62）の間にチューブ本体（34）を挟むようにしたので、着座者（S）の快適性を確保しつつ、感圧チューブ（31）による体動の検知精度を向上できる。

また、図６に示すように、感圧チューブ（31）をチップウレタン（64）の切り込み部（64a）の間に強固に保持でき、感圧チューブ（31）の位置ずれを回避でき、ひいては感圧部（31）による体動の検知精度を向上できる。

上記実施形態によれば、着座者（S）の姿勢が変動することを防止できるので、感圧チューブ（31）による体動の検知精度を向上できる。また、座部（22）の後方寄りに感圧部本体（34）を配置することで、着座者（S）の体動を感圧部（31）に確実に作用させることができ、体動の検知精度を向上できる。

《その他の実施形態》
上記実施形態では、感圧部として感圧チューブ（31）を用い、このチューブ本体（34）を第１層（61）と第２層（62）との間に配置している。しかしながら、感圧部として例えば着座者（S）の体動を受圧する圧電シート等の他の装置を用い、この圧電シートの一部を感圧部本体として第１層（61）と第２層（62）との間に配置してもよい。

また、上記実施形態では、椅子（ソファ（21））と脚置き部（オットマン（26））とが別体に構成される。しかし、椅子（21）に脚置部（26）が一体化された縦長の椅子について、本発明を適用してもよい。また、生体情報検出装置（10）では、オットマン（26）を省略した構成としてもよい。

また、本実施形態に係る第１層（61）、第２層（62）、第３層（63）、及び第４層（64）の材料は単なる一例である。つまり、各層の剛性が上述した関係を満たすのであれば、各層に他の材料を用いてもよい。更に、本実施形態では、第１層（61）の外側に合成皮革（20a）を積層しているが、合成皮革（20a）を省略した構成としてもよい。つまり、椅子（21）では、最外表面に第１層（61）を形成してもよい。

以上説明したように、本発明は、生体情報取得装置について有用である。

10 生体情報取得装置
21 ソファ（椅子）
22 座部
23 背もたれ部
26 脚置部
28 脚置面
30 情報取得ユニット（情報取得部）
31 感圧チューブ（感圧部）
34 チューブ本体（感圧部本体）
61 樹脂綿（第１層）
62 ＰＶＣレザー（第２層）
63 ウレタン（第３層）
64 チップウレタン（第４層）
64a 下側切り込み部（切り込み部）
S 着座者

Claims (6)

1. 背もたれ部（23）と座部（22）とを有する椅子（21）と、
   上記座部（22）に配置される感圧部本体（34）を有する感圧部（31）と、該感圧部（31）で受圧した着座者（S）の体動に基づき、該着座者（S）の生体情報を取得する情報取得部（30）とを備えた生体情報取得装置であって、
   上記座部（22）には、該座部（22）の表面に近い側から内側に向かって順に、
   上記座部（22）の全体に形成される第１層（61）と、該座部（22）の少なくとも上記感圧部本体（34）の設置箇所に対応する箇所に形成される第２層（62）と、該座部（22）の全体に形成される第３層（63）とが設けられ、
   上記第２層（62）の剛性が上記第３層（63）の剛性より高く、且つ上記第１層（61）の剛性が上記第３層（63）の剛性よりも低く、
   上記感圧部本体（34）は、上記第１層（61）の下側で且つ上記第２層（62）の上面に設置される
   ことを特徴とする生体情報取得装置。
2. 請求項１において、
   上記感圧部は、着座者（S）の体動に伴い内圧が変化する感圧チューブ（31）で構成され、
   上記感圧部本体は、上記第１層（61）と第２層（62）との間に配置されるチューブ本体（34）で構成される
   ことを特徴とする生体情報取得装置。
3. 請求項２において、
   上記座部（22）は、上記第３層（63）よりも内側に配置され、該第３層（63）よりも剛性が高い第４層（64）を有し、
   上記第４層（64）には、上記感圧チューブ（31）の一部が挟み込まれて保持される切り込み部（64a）が形成される
   ことを特徴とする生体情報取得装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つにおいて、
   上記座部（22）の表面は、上記背もたれ部（23）に向かうにつれて低くなるように後ろに傾斜している
   ことを特徴とする生体情報取得装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１つにおいて、
   上記椅子（21）の前側に配置され、上記座部（22）の前縁上端よりも高い位置に脚置面（28）を形成する脚置部（26）を備えている
   ことを特徴とする生体情報取得装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１つにおいて、
   上記感圧部本体（34）は、上記座部（22）の前後方向の中間部よりも後方寄りに配置される
   ことを特徴とする生体情報取得装置。

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