JP6617591B2 - 生体情報検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、生体情報検知装置に関し、特にドップラー式生体情報検知装置に関する。

従来から、心拍や呼吸などによる生体表面の微小変位を非接触で測定し、心拍や呼吸などの生体情報を検知する装置が知られている。

例えば、特許文献１は、心拍呼吸等による生体表面の微小変位を非接触で計測し、その計測結果から生体の心拍変動指標を解析することができる非接触メンタルストレス診断システムを開示する。この非接触メンタルストレス診断システムは、被検体にマイクロ波を放射するマイクロ波放射手段と、被検体からの反射波を受信するマイクロ波受信手段とを備え、反射波から心拍変動指標を解析する。これらのマイクロ波放射手段やマイクロ波受信手段は、シートの背もたれの外側に取り付けられ、衣服を着用しシートに着座した状態の被検体に対して、衣服やシートの遮蔽物を透過する電波を放射し、その反射波を受信する。これにより、心拍呼吸等による生体表面の微小変位を非接触で計測することができる。

また、特許文献２は、車両の乗員の心拍を高精度に検知する心拍検知装置を開示する。この心拍検知装置は、座席の背もたれの内部に設置され、乗員の体表面動作を検知するセンサ部と、センサ部が出力する心拍ソース信号のピーク波を強調させた心拍ピーク信号を算出する心拍ピーク信号算出部と、心拍ピーク信号からピーク波をＲ波として算出するＲ波算出部と、Ｒ波算出部により算出した２つのＲ波の時間間隔を算出し、異常値かどうかを判断するＲＲＩ算出部とを備える。このＲＲＩ算出部が異常値であると判断すると、Ｒ波算出部は適切なＲ波の算出を再度行い、その後ＲＲＩ算出部はＲ波算出部で再算出されたＲ波に基づいて再度算出することで、高精度に心拍を検知することができる。

特開２００８−２５３５３８号公報 特開２０１０−１４２４５６号公報

上述のように人の心拍や呼吸などによる生体表面の微小変位を非接触で検知しようとする場合、ドップラー式センサがよく使用される。ドップラー式センサは、センサから送出された電波の周波数と変位している生体の表面から反射された電波の周波数に差が生じるというドップラー効果を利用して、生体の表面の変位を検出するセンサである。そうすると、この種のセンサは、心拍または呼吸以外に由来する生体表面の変位もノイズとして検知してしまうという問題がある。たとえば、走行中の車両の乗員の心拍または呼吸を検知する場合には、乗員の生体の表面は、心拍や呼吸による変位に加えて、車両の振動などによる変位（動き）が生じている。したがって、車両の振動などによって生体の表面が動いてしまうことがノイズとなり、心拍または呼吸に由来する動きを正確に検知できない可能性がある。

本発明は、心拍または呼吸以外に由来する生体表面の変位などの影響を軽減して心拍または呼吸を検知するドップラー式の生体情報検知装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、身体の一部が接する身体接触面を有する身体接触部を有する機器に設置され、機器の使用者の生体情報を検知する生体情報検知装置であって、身体の一部に向けて電波を照射する照射部と、照射部が照射した電波の反射波を受信する受信部とを有する検知ユニットと、検知ユニットを搭載する台座と、一方が台座に固定され、他方には身体接触部の身体接触面とは反対側の面に当接する当接部を有する距離保持部と、を備え、照射部は、反対側の面に当接部が当接していない身体接触面に接触している身体の一部に向けて電波を照射する生体情報検知装置が提供される。
これによれば、心拍または呼吸以外に由来する生体表面の変位などの影響を軽減して心拍または呼吸を検知する生体情報検知装置を提供できる。

さらに、距離保持部の当接部と身体接触面とは反対側の面との間に設置される圧力センサと、検知ユニットと台座との間に設置されるアクチュエータと、圧力センサからの信号の変化に基づいて、身体接触面の変位量に相当する変位をアクチュエータに生じさせるための駆動信号を出力する制御部とをさらに備えることを特徴としてもよい。
これによれば、身体接触面の変位量に相当する変位を相殺するアクチュエータを設けることで、心拍または呼吸以外に由来する生体表面の変位などの影響をより軽減して心拍または呼吸を検知することができる。

さらに、圧力センサからの信号に基づいて、機器の使用者から身体接触面に加わる力が無いと判定したときには、生体情報の検知を停止することを特徴としてもよい。
これによれば、検知を停止することで無駄な消費電力を抑えることができると共に、身体接触面に身体が接触していない場合等正確な検知がなされない可能性が高い場合に検知を停止することで、より正確な検知を行うことができる。

さらに、機器は、車両に設けられるシートであり、シートのフレームに固定される取付部材と、一端が取付部材に固定され、他端が身体接触面の方へ台座を押圧しながら保持する弾性部材とをさらに備えることを特徴としてもよい。
これによれば、弾性部材を備えることでそれが収縮して、検知ユニットと身体接触面の距離を一定に保持すると共に、車両のシートに取り付けられるユニットとして生体情報検知装置を提供できる。

以上説明したように、本発明によれば、心拍または呼吸以外に由来する生体表面の変位などの影響を軽減して心拍または呼吸を検知するドップラー式の生体情報検知装置を提供できる。

本発明に係る第一実施例の生体情報検知装置の、（Ａ）側面図、（Ｂ）斜視図。 本発明に係る第一実施例の生体情報検知装置を車両の座席の背もたれに設置した場合の、（Ａ）側面図、（Ｂ）座席の表皮部を除いて正面右寄りから見た斜視図。 本発明に係る第一実施例の生体情報検知装置を車両の座席の背もたれに設置した場合の、車両の前後方向断面における拡大断面図。 本発明に係る第二実施例の生体情報検知装置の側面図。 本発明に係る第二実施例の生体情報検知装置を車両の座席の背もたれに設置した場合の、車両の前後方向断面における拡大断面図。 本発明に係る第二実施例の生体情報検知装置において、（Ａ）身体から圧力が加わっていない場合の説明図、（Ｂ）身体から圧力（矢印）が加わった場合の説明図。 本発明に係る第二実施例の生体情報検知装置のブロック図 本発明に係る第二実施例の生体情報検知装置における変位の制御方法を示すフローチャート。

以下では、図面を参照しながら、本発明に係る各実施例について説明する。
＜第一実施例＞
図１〜図３を参照し、本実施例における生体情報検知装置１００を説明する。生体情報検知装置１００は、人間の身体の一部が、直接的または間接的に接する身体接触面Ｐを有する身体接触部Ｗを有する機器に設置され、その機器の使用者の生体情報を検知する。ここで、人間の身体の一部が接する身体接触面Ｐを有する身体接触部Ｗを有する機器（器具・器械・機械の総称）とは、具体的には、たとえば、人が座る椅子やソファ、人が横たわるベッド、病院内に設置される身体検査機器、車両や航空機内に設置され人が座る座席などを言う。

人間の身体の一部が接する身体接触面Ｐとは、椅子等では座面や背もたれ面、ベッドではマットレス上面等をいう。身体接触面Ｐは、人間の身体の一部が直接的・間接的のいずれかで接すればよく、人が衣服を着用して間接的に接触することでもよい。身体の一部とは、椅子等の座面では臀部や太腿であり、椅子等の背もたれやベッド等では背中が一般的である。身体検査機器では、人の肢体のいずれであってもよい。

使用者の生体情報とは、本明細書においては、心拍数（脈拍数）や脈波の大きさ、呼吸数や呼吸の大きさをいい、これらの由来しない皮膚や筋肉の動きを生じさせる咳やくしゃみなどは含まない。

本実施例における生体情報検知装置１００は、車両Ｃに搭載される機器であるシートＳの背もたれＳ１に設置されるものである。背もたれＳ１の表面は表皮で覆われており、身体接触部Ｗはその表皮である。身体接触面Ｐはその表皮の一方側である。この場合、身体接触面Ｐは背もたれＳ１の表面であり、身体の一部は車両Ｃの運転者であるシートＳの使用者Ｕの背中である。もちろん、生体情報検知装置１００は、シートＳの座面Ｓ２に設置され、身体の一部は使用者Ｕの臀部であってもよい。背もたれＳ１は、強固なフレームＦ、背中を支えるスプリングＫやクッションＱ、生体情報検知装置１００を収納し設置するための設置台Ｄから構成される。

生体情報検知装置１００は、生体情報を検知する検知ユニット１０と、検知ユニット１０を搭載する台座２０と、一方が台座２０に固定され、他方には身体接触面Ｐとは反対側の面Ｒ、つまり表皮のシート内側の面に当接する当接部３１を有する距離保持部３０とを備える。検知ユニット１０は、後述するように、身体の一部に向けて電波を照射する照射部１１と、照射部１１が照射した電波の反射波を受信する受信部１２とを有する。照射する電波は、人の皮膚表面で反射する周波数の電波であればなんでもよいが、通常マイクロ波が好ましい。

台座２０は、矩形のプレート状の部材であり、プレート上に検知ユニット１０を固定して搭載する。台座２０は、材質や形状は特に限定されないが、車両からの振動で振動しないように防振できる程度の重量を有することが好ましい。なお、台座２０は、設置台Ｄと兼用されてもよい。

距離保持部３０は、棒状（柱状）をなし、その一端は、台座２０に固定され、他端には身体接触面Ｐとは反対側の面Ｒに、つまり表皮のシート内側の表面に当接する当接部３１を有する。距離保持部３０は、伸縮・屈折しない部材からなり、距離保持部３０の一端から他端までの距離を一定に保持する。なお、距離保持部３０は、強い力や衝撃を受けた場合には容易に破壊される部材が好ましい。また、本実施例の距離保持部３０は棒状であるが、これに限定されず、台座２０から当接部３１までの距離が一定に保持できる形状、たとえばアーチ状や壁状であってもよい。

距離保持部３０は、台座２０から当接部３１までの距離を一定に保持することは、台座２０に固定された検知ユニット１０と当接部３１が当接する身体接触面Ｐとは反対側の面Ｒとの距離を一定に保持する。ひいては、距離保持部３０は、検知ユニット１０と身体接触面Ｐに接する身体の一部の皮膚表面との距離を一定に保持することとなる。本実施例では、距離保持部３０は、検知ユニット１０の周囲に取り巻くように３本の棒状部材から構成される。少なくとも３点（当接部３１）で身体接触面Ｐとは反対側の面Ｒを支持することが好ましく、その当接部３１で支持された身体接触面Ｐと検知ユニット１０との距離は安定して一定の距離を保持できる。このように、身体の一部が接する身体接触面Ｐと検知ユニット１０の距離を一定に保持することで、車両の振動など心拍または呼吸以外に由来する生体表面の変位などの影響を軽減して心拍または呼吸を検知する生体情報検知装置１００を提供できる。

また、生体情報検知装置１００は、さらに、シートＳのフレームＦに固定される取付部材６０と、一端が取付部材６０に固定され、他端が身体接触面Ｐの方へ台座２０を押圧しながら保持する弾性部材７０と、防振・衝撃吸収材からなるダンパー８０とを備える。取付部材６０は、フレームＦに取り付けるためのネジ孔を４か所に備え、シートＳ内に取り付けやすくなっている。また、ダンパー８０は、ゲル素材からなり、急激な人の動きや車両の動きがあった場合でも、人体に対する当接部３１の圧力を低減することができる。

弾性部材７０は、一端が取付部材６０に固定され、他端が身体接触面Ｐの方へ台座２０を押圧していることで、台座２０を身体接触面Ｐの方へ押し付けている状態を維持する。そして、使用者Ｕの背中によって背もたれＳ１が押され、身体接触面Ｐが台座２０の方へ押されると、弾性部材７０は、収縮して、検知ユニット１０と身体接触面Ｐすなわち背中との距離は一定に保持する。なお、弾性部材７０は、図に示すように典型的にはバネであるが、樹脂などの弾性体であってもよい。このように、生体情報検知装置１００は、弾性部材７０や取付部材６０を備えることで、それが収縮して検知ユニットと身体接触面の距離を一定に保持すると共に、車両Ｃのシートに取り付けられるユニットとして提供できる。

＜第二実施例＞
図４〜図８を参照し、本実施例における生体情報検知装置１００Ａを説明する。なお、重複記載を避けるために上記実施例と同じ部分には同じ符号を付け、異なる部分を中心に説明する。生体情報検知装置１００Ａは、上記実施例の生体情報検知装置１００の構成要素に加え、圧力センサ４０Ａと、アクチュエータ５０Ａと、制御部１５とをさらに備える。圧力センサ４０Ａは、距離保持部３０の当接部３１と身体接触面Ｐとは反対側の面Ｒとの間に設置され、使用者Ｕが身体接触面Ｐに加えた圧力を検知するセンサである。特に限定されないが、圧電フィルムなどの薄膜で加工性に富むものが好ましい。

アクチュエータ５０Ａは、検知ユニット１０と台座２０との間に設置され、アクチュエータ５０Ａが台座２０に搭載され、検知ユニット１０がアクチュエータ５０Ａに搭載されるように構成される。アクチュエータ５０Ａは、心拍や呼吸の振動サイクルに対して応答性能よく数１０μｍ〜数１００μｍの皮膚表面の動きに合わせて変位させることができる限り特に限定されないが、これに適合するものとして、たとえばピエゾアクチュエータが挙げられる。

図５に示されるように、背もたれＳ１の裏面に緩衝材Ｌが備えられ、身体接触面Ｐとは反対側の面Ｒは緩衝材Ｌの内側表面になることがある。そうすると、身体が背もたれＳ１に向かって動いた場合には緩衝材Ｌが圧縮される。その結果、当接部３１が接している緩衝材Ｌの内側表面と検知ユニット１０の距離は距離保持部３０によって一定に保たれているにも関わらず、検知ユニット１０から身体の一部の皮膚表面までの距離が変わってしまう。これを避けるために、制御部１５は、圧力センサ４０Ａからの信号の変化に基づいて、身体接触面Ｐの変位量に相当する変位をアクチュエータ５０Ａに生じさせるように制御を行う。

図６（Ａ）では、身体Ｂから圧力が加わっていない場合を示し、本図（Ｂ）では、身体Ｂから圧力（矢印）が加わった場合を示す。圧力が加わった場合のシート材や緩衝材Ｌの厚さは、圧力が加わっていない場合の厚さよりも圧力により薄くなっている。そうすると、当接部３１と身体の皮膚表面の距離は、その変位量Ｖだけ小さくなっている。このとき圧力センサ４０Ａは、身体Ｂからの圧力をその変化の前後において検知する。制御部１５は、圧力センサ４０Ａが検知した圧力の変化に基づいて、皮膚表面の変位量に近い身体接触面Ｐの変位量Ｖに相当する変位量Ｖをアクチュエータ５０Ａに生じさせる（本図ではアクチュエータ５０Ａは収縮している）。その結果、アクチュエータ５０Ａの上に搭載された検知ユニット１０と身体接触面Ｐとの距離は変わらない。

図７のブロック図が示すように、３つの圧力センサ４０Ａはそれぞれ、制御部１５に対して検知した圧力値を示す圧力信号を送信する。圧力信号を受信した制御部１５は、この圧力値に対応する変位量を計算し、その変位量に対応する駆動信号をアクチュエータ５０Ａを駆動する駆動回路１６に送信する。そして、駆動回路１６は、駆動信号を対応する駆動電圧に変換し、その電圧でアクチュエータ５０Ａを駆動し、変位を生じさせる。

なお、図７は、身体の一部に向けて電波を照射する照射部１１と、照射部１１が照射した電波の反射波を受信する受信部１２と、受信部１２が受信した反射波から心拍や呼吸の生体情報を検出するために処理を行う信号処理部１３とを示す。そして、信号処理部１３が検出した生体情報を実際にその生体情報を利用する生体情報利用部に送信することを示す。これは、上記実施例においても同じである。

図８は、制御部１５における、アクチュエータ５０Ａに変位を生じさせる制御方法を示すフローチャートである。本図において、Ｓはステップを意味する。制御部１５は、Ｓ１００において、３つの圧力センサ４０Ａのそれぞれから、検知した圧力値を示す圧力信号を受信する。制御部１５は、圧力信号を受信すると、Ｓ１０２において、各圧力信号が示す圧力の平均値を算出する。制御部１５は、Ｓ１０４において、その平均値に基づいてアクチュエータ５０Ａに変位を生じさせる変位量Ｖを予め算出されたテーブルや関数を用いて算出する。制御部１５は、Ｓ１０６において、算出した変位量Ｖに相当する駆動量を示す駆動信号を駆動回路１６に出力する。駆動回路１６は、Ｓ１０８において、受信した駆動信号に基づいてそれに対応する駆動電圧をアクチュエータ５０Ａに対して印加する。その結果、アクチュエータ５０Ａは、変位量Ｖの変位を起こすことになる。

このように、身体接触面Ｐの変位量Ｖに相当する変位を相殺するアクチュエータ５０Ａを設けることで、身体の動きなど心拍または呼吸以外に由来する生体表面の変位などの影響をより軽減して心拍または呼吸を検知することができる。なお、この場合の身体の動きとは、運転者が背中を背もたれＳ１につけた状態で、ハンドル操作を行ったり左右確認動作を行ったりすることを言う。

なお、制御部１５は、シートＳの使用者Ｕから身体接触面Ｐに加わる力が無いと判定したときには、生体情報の検知を停止する、すなわち、照射部１１に対して照射する指示を行わないようにしてもよい。予め、シートＳに乗員が座っていない場合の圧力センサ４０Ａの圧力信号を記憶させておき、その圧力信号と同じ値の場合には、シートＳの使用者Ｕから身体接触面Ｐに加わる力が無いと判定する。あるいは、イグニションスイッチがオフされて、ドアが開閉した後の圧力センサ４０Ａの圧力信号を記憶させるようにし、その圧力信号と同じ値の場合には、シートＳの使用者Ｕから身体接触面Ｐに加わる力が無いと判定してもよい。

これによれば、検知を停止することで無駄な消費電力を抑えることができると共に、身体接触面Ｐに身体が接触していない場合等正確な検知がなされない可能性が高い場合に検知を停止することで、より正確な検知を行うことができる。たとえば、運転者が、背中を背もたれＳ１から離した状態で運転操作を行った場合、検知ユニット１０から背中の皮膚表面までの距離は変化するので正確な検知がなされない可能性が高い。このような場合には、逆に生体情報を検知しない方が全体として正確な生体情報の検知を行うことができる。

なお、本発明は、例示した実施例に限定するものではなく、特許請求の範囲の各項に記載された内容から逸脱しない範囲の構成による実施が可能である。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。

１００ 生体情報検知装置
１０ 検知ユニット
１１ 照射部
１２ 受信部
１３ 信号処理部
１４ 外部出力部
１５ 制御部
１６ 駆動回路
２０ 台座
３０ 距離保持部
３１ 当接部
４０ 圧力センサ
５０ アクチュエータ
６０ 取付部材
７０ 弾性部材
８０ ダンパー
Ｃ 車両
Ｓ シート（機器）
Ｓ１ 背もたれ
Ｓ２ 座面
Ｆ フレーム
Ｋ スプリング
Ｑ クッション
Ｌ 緩衝材
Ｄ 設置台
Ｗ 身体接触部
Ｐ 身体接触面
Ｒ 身体接触面とは反対側の面
Ｂ 身体
Ｕ 使用者

Claims (4)

1. 身体の一部が接する身体接触面を有する身体接触部を有する機器に設置され、前記機器の使用者の生体情報を検知する生体情報検知装置であって、
   前記身体の一部に向けて電波を照射する照射部と、前記照射部が照射した電波の反射波を受信する受信部とを有する検知ユニットと、
   前記検知ユニットを搭載する台座と、
   一方が前記台座に固定され、他方には前記身体接触部の前記身体接触面とは反対側の面に当接する当接部を有する距離保持部と、
   を備え、
   前記照射部は、反対側の面に前記当接部が当接していない前記身体接触面に接触している前記身体の一部に向けて電波を照射する生体情報検知装置。
2. 前記距離保持部の前記当接部と前記身体接触面とは反対側の面との間に設置される圧力センサと、
   前記検知ユニットと前記台座との間に設置されるアクチュエータと、
   前記圧力センサからの信号の変化に基づいて、前記身体接触面の変位量に相当する変位を前記アクチュエータに生じさせるための駆動信号を出力する制御部と、
   をさらに備える請求項１に記載の生体情報検知装置。
3. 前記圧力センサからの信号に基づいて、前記機器の使用者から前記身体接触面に加わる力が無いと判定したときには、生体情報の検知を停止することを特徴とする請求項２に記載の生体情報検知装置。
4. 前記機器は、車両に設けられるシートであり、
   前記シートのフレームに固定される取付部材と、
   一端が前記取付部材に固定され、他端が前記身体接触面の方へ前記台座を押圧しながら保持する弾性部材と、
   をさらに備える請求項１乃至３のいずれかに記載の生体情報検知装置。

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