JPS6384516A - 車上心拍計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ ［産業上の利用分野］ 本発明は、車上においてドライバ等の心拍を測定する車
上心拍計に関し、特に心拍測定結果の信頼性の改善に関
する。

し従来の技術］ 車上心拍計の従来技術としては１例えば特願昭５８−２
４０５３０号に開示されたものが知られている。

即ち、この種の車上心拍計においては、ステアリングホ
イール上に発光手段と受光手段とでなる心拍検出手段が
配置されており、ドライバがステアリングホイールを握
ることによって、心拍検出手段の検出面がドライバの指
及び／又は手の平と対向する。人の指又は手の平におけ
る光反射率は、心拍に同期して変化するので、それを心
拍検出手段によって検出することによって心拍信号が得
られる。

［発明が解決しようとする問題点］ 車上心拍計の基本的な構成は前述のようになっているの
で、３Ｉ！Ｉ定中は常時、心拍検出手段の検出面にドラ
イバの手が密着して動かないのが好ましい。

しかしながら、自動車の運転中にも自動的に心拍測定を
行なう場合には、ドライバは、操舵のためにステアリン
グホイールを回動したり、ステアリングホイールとそれ
を握る手との位置関係を変えたり、スイッチ操作等のた
めに一方の手をステアリングホイールから離したりする
ので、それらの時には、心拍検出手段の検出面とドライ
バの手との接触状態が変化する。その場合、心拍検出手
段の出力端子に異常な信号が現われ、心拍測定に誤りを
生ずる恐れがある。

本発明は、ドライバのステアリングホイール把持状態等
に変化が生じた場合に、心拍測定結果に誤りが生じるの
を防止することを目的とする。

［発明の構成］ ［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明においては、心拍検出
手段が配置されたステアリングホイールの把持状態に変
化があるかどうかを検知し、変化がある場合には、心拍
測定を禁止する。

［作用］ 即ち、ステアリングホイール上に配置された心拍検出手
段とドライバの手との接触状態が変化する時にはステア
リングホイールの把持状態も変化するので、その時に心
拍測定を禁止すれば、心拍信号にノイズが現われても、
誤った測定結果が生じるのを防止できる。

後述する実施例においては、次に説明するように２組の
検出手段によってステアリングホイール把持状態の変化
を検知している。

即ち、ステアリングホイール上に配置された多数の心拍
検出手段の各々において心拍信号の有無を検知し、その
結果をステアリングホイール把持状態として記憶してお
く。そして、最新のステアリングホイール把持状態を、
記憶された以前の把持状態と比較する。両者が異なって
いれば、ステアリングホイールの把持状態に変化があっ
たものと見なす。

また、ステアリングホイールと連結された操舵シャフト
の回動の有無を検知する回動センサを設けて、操舵シャ
フトの回動の有無、即ちステアリングホイールの回動の
有無を検知する。操舵シャフトが所定以上の速度で回動
する場合には、ステアリングホイールの把持状態に変化
があるものと児なしうる。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の、図面を参照した
実施例説明により明らかになろう。

［″：Ａ施例］ 第１図に、一実施例の車上心拍計を搭載した自動車のス
テアリングホイール１を示す。第１図を参照すると、こ
の例ではステアリングホイール１の円周上に、互いに所
定の間隔をおいて、１０個の心拍検出器ＳＥＬ〜５ＥＩ
Ｏが配置しである。

ステアリングホイールｌの中央部のパネル（パッド）に
は、心拍数表示用の数字表示器ＤＳＰ、心拍タイミング
表示用の発光ダイオードＬＥＩおよび参照値未設定表示
用の発光ダイオードＬＥ２が備わっている。ＳＰはスピ
ーカである。

各々の心拍検出器は、その中央に配置された１つの赤外
発光ダイオードＬＥＤとそれを囲むように配置された４
つの赤外用フォトトランジスタＰＴでなっており、これ
らは全て同一の方向、すなわちステアリングホイール１
の上方に光軸を向けである。第２ａ図および第２ｂ図に
示すように、ステアリングホイール１は鉄心１ｂとそれ
を覆う樹脂材１ａでなっており、各心拍検出器はそれら
の発光面および受光面を残して樹脂材１ｂの中に埋め込
んである。各心拍検出器からの配線は、樹脂材１ｂの中
を通って、ステアリングホイール１の中央部のパッドま
で達している。

第２ｃ図に、ステアリングホイール１の左側面から見た
。ステアリングホイール近傍の断面を示す。第２ｃ図を
参照する。

サポート３８はサポート４１に固定されている。

歯車３９は車輌本体に固定しである。サポート４１は操
舵シャフト４０に固着してあり、ステアリングホイール
１のスポークはサポート４１に結合しである。サポート
４１は歯車３９および４２に対して回動自在である。４
３は、両端に歯数の等しい歯車４３ａおよび４３ｂを有
する連結部材であり、サポート４１に回動自在に支持さ
れている。

歯車４３ａおよび４３ｂはそれぞれ歯車３９および４２
と噛み合っている。パッド内のプリント基板４４および
操作パネル５は、歯車４２に固着しである。ｆ７車３９
と４２の歯数は等しくい。このような構成であるから、
ステアリングホイール１の回動操作に伴って操作パネル
５等が回動することはない。

すなわちこの実施例の場合、ステアリングホイール１を
回動すると、サポート４１および操舵シャフト４０が回
動してステアリング操作が行なわれるが、歯車４３ａと
４３ｂおよび３９と４２はそれぞれ歯数が等しいため、
サポート４１の回動による連結部材４３の円弧状の移動
によって生ずるサポート４１と歯車３９の相対移動量（
角度）、およびサポート４１と歯車４２の相対移動量は
等しくなり、歯車３９が固定であり歯車４２が歯車３９
に対して回動しないため、結果的にはステアリングホイ
ール１が回動しても操作パネル５は回動しない。

ステアリングホイール１のスポークには、互いに電気的
に接続した刷子ＢＡＤ、ＢＡ２ならびにＢＢｌ、ＢＢ２
が装着されている。刷子ＢＡＩ及びｌ３Ｂ１は、それぞ
れ一端をステアリングホイール上パッド側に設けたスリ
ップリングＳＡＩ及び５Ｉ３１に当接しており、刷子Ｂ
Ａ２及びｌ３Ｂ２は、それぞれ一端を車上固定側に設け
たスリップリングＳＡ２及びＳＢ２に当接している。

従って、スリップリングＳＡＩとＳＡ２とは刷子ＢＡＬ
及びＢＡ２を介して、またスリップリングＳＢＩとＳＢ
２とは刷子ＢＢＩ、ＢＢ２を介して、各々、ステアリン
グホイール１の状態にかかわらず、常時電気的に接続さ
れている。

第２ｄ図に、振動センサ６０の縦断面を示す。

第２ｄ図を参照すると、シリンダを構成するケーシング
は、ボルト６７．６８で互いに固定された２つの部材６
１．６２でなっている。このシリンダの内空間には、ピ
ストン６３と２つの圧縮コイルスプリング６４．６５が
配置されている。ピストン６３は、２つの圧縮コイルス
プリング６４゜６５によって挟まれ、動きが規制されて
いる。ピストン６３の一端には細長いロッド６３ａが形
成され、該ロッドの一端は、部材６１の頂部６１ａの内
空間６１ｂに挿入されている６頂部６１ａの一端には、
透過型光学検出器６６が固着されている。

振動センサ６０に振動が印加されない時、ピストン６３
は第２ｄ図に示す状態を維持する。この状態では、検出
器６６の光路６６ａが遮断されることはない。振動セン
サ６０に、第２ｄ図の上下方向の振動が印加されると、
その振動に従って、ピストン６３がシリンダ内を振動す
る。振動の振幅が所定以上のなると、ロンドロ３ａの一
端が、検出器の光路６６ａまで達してそれを遮断する。

従って、所定以上の振幅の振動の有無が、検出器６６に
よって検出される。

この実施例では、振動センサ６０は、ステアリングホイ
ールと同様な振動が印加されるステアリングコラム部の
カバーの内部に配置されている。また、自動車の上下方
向の振動を検知するため、この振動センサの向きは、第
２ｄ図に示す状態と同一になっている。

次にステアリングセンサ７０を説明する。操舵シャフト
４０の一部を第２ｅ図に示し、第２ｅ図のＩｆ−ｎｆ線
断面を第２ｆ図に示す、第２ｅ図及び第２ｆ図を参照す
る。操舵シャフト４０の外周に、ディスク７３及び固定
リング７５．７６が装着されている。固定リング７５．
７６は各々ボルトによって操舵シャフト４０に固定され
、ディスク７３は、２つの固定リング７５．７６によっ
て挟まれ、操舵シャフト４０に固定されている。

ディスク７３上には、多数のスリット７３ａが環状に配
列されている。操舵シャフト４０を覆う筒形状のカバー
７１に、透過型光学センサ７２がボルト７４ａ、７４ｂ
、７４ｃによって固定されている。該センサの検出部７
２ａは、前記ディスクのスリット７３ａが形成された部
分を挟むように配置されている。

従って、操舵シャフト４０を回動すると、ディスク７３
が回動し、前記光学センサ７２の光路を断続的に遮断す
る。このため、センサ７２の出力端子には、ステアリン
グホイールの回動速度に応じた周期のパルス信号が得ら
れる。

第３ａ図および第３ｂ図に、第１図のステアリングホイ
ール１の中央のパッド内に大部分が備わった車上心拍計
の電気回路を示す、第３ｂ図を参照すると、心拍検出器
５ＥＩ−８ＥＩＯの発光ダイオードは、互いに並列に接
続されて１発振回路０ＳＣＩの出力端子に接続されてい
る０発振回路０８ＣＩは、この例ではＩＫＩｌｚの定周
期の方形波信号を出力する。つまり、心拍検出器の各発
光ダイオードＬＥＤは、ＩＫＩＩｚの周期で、点灯と消
灯を繰り返す。デユーティは５０％である。

各々の心拍検出器のフォトトランジスタＰＴは。

互いに並列に接続され、一端は電源に接続され。

他端がアナログスイッチＡＳＩおよびＡＳ２の入力端子
に接続されている。アナログスイッチＡＳ１およびＡＳ
２は、１０個のアナログスイッチ素子で構成され、出力
端子は互いに共通に接続されている。各々の入力端子に
、各心拍検出器の出力端子が接続されている。アナログ
スイッチＡＳＩおよびＡＳ２の導通制御端子（各々１０
本）には、それぞれ、マイクロコンピュータＣＰＵから
出力される制御信号ＳＧＩおよびＳＧ２が印加される。

アナログスイッチＡＳＩの出力端子（ＳＧ３）は信号処
理回路１１０を介してアナログスイッチＡＳ３の入力端
子に接続され、アナログスイッチＡＳ２の出力端子（Ｓ
Ｇ４）はアナログスイッチＡＳ４の入力端子に接続され
ている。アナログスイッチＡＳ３の出力端子とアナログ
スイッチＡＳ４の出力端子は、共通に接続され、アナロ
グ／デジタル変換器ＡＤＣのアナログ入力端子に接続さ
れている。アナログ／デジタル変換器ＡＤＣの出力端子
及び各制御端子は、マイクロコンピュータＣＰＵと接続
されている。

ここで、心拍検出の原理を簡単に説明する０例えば人の
指がいずれかの心拍検出器に対向した状態で位置決めさ
れていると、その部分（指）の光反射率は血液流量の大
小すなわち心拍に応じて変動する。従って、その部分に
所定強度の光を当ててそこからの反射光を受光し、その
受光レベルを判定すれば、心拍信号が得られる。この例
では、発光ダイオードＬＥＤがｌＫ１１ｚの周期で点灯
と消灯を繰り返すので、心拍検出器の出力端子には、心
拍信号によって振幅変調されたＩＫＨｚの電気信号が得
られる。

第３ａ図に示す信号処理回路１１０は、その変調された
信号から元の心拍信号を復調する復調器を含んでおり、
この復調器はローパスフィルタで構成されている。信号
処理回路１１０の具体的な構成及び動作は、後で説明す
る。

信号処理回路１１０の出力端子には、バッファＢＦＩを
介して発光ダイオードＬＥ１が接続されている。従って
、発光ダイオードＬＥＩは、心拍信号に応じて点滅する
。

アナログスイッチＡＳ３をオンしてＡＳ４をオフする場
合には、アナログ／デジタル変換器ＡＤＣに心拍４８号
が印加され、アナログスイッチＡＳ３をオフしてＡＳ４
をオンする場合には、ＡＤＣに変調された心拍信号が印
加される。

マイクロコンピュータＣＰＵの電源ラインには、逆流防
止用のダイオードを介して、バッテリーＢＴが接続され
ている。このバッテリーＢＴは、マイクロコンピュータ
ＣＰＵの主電源がオフした場合に、ＣＰＵ内のメモリの
内容を保持しうる程度の電力をＣＰＵに供給する。従っ
て、マイクロコンピュータＣＰＵの内部メモリ（ＲＡＭ
）は不揮発性メモリとして動作する。

マイクロコンピュータＣＰＵの割込み入力ポートＮＭＩ
（マスクできない割込み）にはノアゲートＯＲＩの出力
端子が接続されている。このゲート○Ｒ１は、一方の入
力端子がＣＰＵの出力ポートＰ２と接続され、他方の入
力端子が、スリップリングＳＡＩ、刷子ＢＡＩ、ＢＡ２
及びスリップリングＳＡ２を介して、信号処理回路１２
０の出力端子と接続されている。信号処理回路１２０の
入力端子には、振動センサ６０及びステアリングセンサ
７ｏが接続されている。

マイクロコンピュータＣＰＵの他のボートには、音声合
成装置ＶｓＵ、バッファｌ３Ｆ２．ラッチＬＡＩ、ＬＡ
２およびＬＡ３が接続されている。

音声合成装置ＶＳＵの出力にはスピーカＳＰが接続され
、バッファＢＦ２の出力には発光ダイオードＬＥ２が接
続され、ラッチＬＡＮ、ＬＡ２およびＬＡ３の出力端子
にはそれぞれデコーダＤＥＩ。

ＤＥ２およびＤＥ３が接続されている。デコーダＤＥＬ
、ＤＥ２およびＤＥ３は、具体的にいうと７セグメント
表示器用のデコーダドライバであり、これらの出力端子
に数字表示器ＤＳＰが接続されている。

信号処理回路１２０の構成を第３ｃ図に示す。第３ｃ図
を参照する。振動センサ６０の透過型光学センサ６６及
びステアリングセンサ７０の透過型光学センサ７２は、
各々１発光ダイオードとフォトトランジスタで構成され
ている。振動センサ６０が出力する電気信号は、ノアゲ
ート８４の一方の入力端子に印加され、ステアリングセ
ンサ７０が出力する電気信号は、　Ｆ／Ｖ　（周波数／
電圧）変換ｃ８１．インバータ（シュミットトリガ付）
８２及び８３を介して、ノアゲート８４の他方の入力端
子に印加される。ノアゲート８４の出力端子が、スリッ
プリングＳΔ２と接続される。

第３ａ図に示す信号処理回路１１０の具体的な回路構成
を第３ｄ図に示す。第３ｄ図を参照すると、この信号処
理回路１１Ｏには、各々演算増幅器を中心として構成さ
れ互いに直列に接続された７つの増幅回路が備わってい
る。演算増幅器ＯＰＩ、ＯＰ３．ＯＰ４．ＯＦ２及びＯ
Ｆ２を含む各回路は、ローパスフィルタとしての機能を
も含んでいる。

イボ号処理回路１１０の中で、演算増幅器ＯＰ６を中心
として構成される増幅回路１１１は特殊な機能を有して
いる。以下、増幅回路１１１について説明する。増幅回
路１１１の入力端子は、演算増幅器ＯＰ６の非反転入力
端子（＋）に一端が接続された抵抗器Ｒ１の他端である
。演算増幅器ＯＰ６の反転入力端子（−）とその出力端
子との間には、抵抗ＷＲ２及びコンデンサＣ１が並列に
接続されており、該反転入力端子は、抵抗器Ｒ３を介し
て接地されている。抵抗器Ｒ４は、一端が演算増幅器Ｏ
Ｐ６の出力端子に接続され、他端がＩ・ランジスタＴｒ
ｉのベース端子に接続されている。

トランジスタＴｒｉのコレクタ端子は電源ライン（Ｖｃ
ｃ）に接続され、エミッタ端子は、演算増幅器ＯＰ６の
反転入力端子に接続されている。

増幅回路１１１に入力される信号のレベルが低い場合、
トランジスタＴｒｉがオフ（エミッタ電流が零の状ＷＡ
）になるので、この回路は、低い周波数の信号（心拍信
号）に対しては、増幅度が一定（１＋Ｒ２／Ｒ３）の通
常の増幅回路として動作する。ところが、演算増幅器Ｏ
Ｐ６の出力レベルが所定以上になると、トランジスタＴ
ｒｉがオンするので、演算増幅器ＯＰ６の負帰還ループ
に抵抗器Ｒ４とトランジスタＴｒｉの直列回路が接続さ
れる。この場合、筒単にいうと、帰還量が増大するので
、増幅回路１１１の増幅度は小さくなる。つまり、この
回路１１１の増幅度は、入力される信号のレベルに応じ
て自動的に変化する。

次に、入力信号のレベルが大きい場合の増幅回路１１１
の増幅度を計算する。なお、周波数の低い心拍信号に対
する増幅度を求めるため、ここではコンデンサＣ１の存
在を無視して考える。

ｖｉ：回路１１１の入力電圧 ｖｏ：回路１１１の出力電圧 Ｖｒ３：Ｒ３の電圧降下 とする場合、演算増幅器ＯＰＩの開ループゲインを無限
大と仮定すれば、Ｖｒ３＝Ｖｉになる。

また。

Ｉｂ：Ｔｒｌのベース電流 Ｉｃ：Ｔｒｌのコレクタ電流 Ｉ　ｅ　：　Ｔｒｉのエミッタ電流 ｈｆｅ：Ｔｒｉのエミッタ接地時の電流増幅率Ｖｂｅ：
Ｔｒｉのベース−エミッタ間電圧とすれば１次式が成立
する。

Ｉ　ｅ＝Ｉ　ｃ＋Ｉ　ｂ ＝ｈｆｅ・Ｉｂ＋Ｉｂ ＝（ｈｆｅ＋　１）Ｉ　ｂ ＝　（ｈ　ｆｅ＋　１　）（Ｖｏ　−Ｖｂｅ　−Ｖｒ３
）　／　Ｒ４キｈｆｅ（Ｖｏ−Ｖｂｅ−Ｖｒ３）／Ｒ４
”（１）ここで、Ｖｏ＞＞　Ｖｂｅ、　Ｖｒ３と仮定す
れば１次式が得られる。

Ｉｅキｈ　ｆｅ−Ｖｏ／　Ｒ４・”・（２）また、抵抗
器Ｒ３を流れる電流は、抵抗器Ｒ２を流れる電流Ｉｒ３
とＩｓとの和であるから、次式が成立する。

Ｖｒ３　＝Ｒ３（Ｉｒ３＋　Ｉ　ｅ） ＝Ｒ３（（Ｖｏ／（Ｒ２＋Ｒ３））＋ｈｆｅ−Ｖｏ／Ｒ
４）＝　Ｖｏ−Ｒ３（（１／　（Ｒ２＋　Ｒ３））　＋
　ｈ　ｆｅ／　Ｒ４）・・・・（３） また、Ｒ２＞＞　Ｒ３とすれば次式が成立する。

Ｖｒ３キＶｏ−Ｒ３（（１／　Ｒ２）＋　ｈｆｅ／　Ｒ
４）”・（４）従って、増幅度Ｇは、次式で表わされる
。

Ｇ＝Ｖｏ／Ｖｉ ＝Ｖｏ／Ｖｒ３ ＝　１　／　（（Ｒ３／　Ｒ２）　＋　ｈ　ｆｅ−Ｒ３
／　Ｒ４）＝　（Ｒ２／　Ｒ３）（１／　（１＋　ｈ　
ｆｅ−Ｒ２／　Ｒ４））キＧｏ／　（１＋　ｈ　ｆｅ−
Ｒ２／　Ｒ４）　　　　”（５）但し、ＧｏはＴｒｉが
オフの場合の増幅度前記第（５）式より、増幅回路１１
１の増幅度は、トランジスタＴｒｉがオンすることによ
り小さくなることが分かる。また、一般にトランジスタ
は、コレクタ電流の増大に伴なって電流増幅率ｈｆｅが
大きくなるから、増幅回路１１１に入力される信号のレ
ベルが大きくなればなるほど、増幅度Ｇは小さくなる。

第４ｂ図を参照する。増幅回路１１１の入力レベルが比
咬的小さい場合、Ｇｏの増幅度で増幅された出力レベル
Ｖｏがしきい値レベルＬＶＩより小さいので、トランジ
スタＴｒｉはオフであり１回路１１１の増幅度はＧｏに
なる。

レベルの大きな信号が入力された場合、もしＧ。

の増幅度でその信号を増幅すると１点線で示すように信
号レベルが飽和レベルＬＶ２を越えることがある。この
場合、実際の出力レベルは飽和レベルでクリップされる
ので、波形上の点ＰＯ３ＣとＰＯ３Ｄとの間はレベル変
化がなくなり、波形の実際のピーク点ＰＯ３１１は識別
不可能になる。

しかし、増幅回路１１１では、実際は出力レベルＶｏが
しきい値レベルＬＶＩを越えた場合、トランジスタＴｒ
ｉがオンし増幅度ＧがＧｏよりも小さくなるので、出力
レベルＶｏが飽和レベルＬＶ２まで達することはない。

従って、レベルの大きな信号が入力されると、入力信号
と出力信号の波形が相似形ではなくなるが、信号レベル
が飽和することはないので、出力信号のピーク点ＰＯ３
Ａの現われるタイミングは、入力信号のピーク点と同一
である。つまり、Ｒ波とＲ波との間隔を測定対象とする
心拍測定においては、各Ｒ波のピーク点（ＰＯＩ、ＰＯ
２，ＰＯ３Ａ）のタイミングが正確に検知できれば正確
な測定ができるので、入力信号と出力信号との波形の変
化は問題にならない。

心拍検出Ｗ（ＳＥＩ〜５ＥＩＯ）で受光される反射光の
レベルは、各検出器と指との接触状態等に応じて変化す
るので、検出器から出力される心拍信号のレベルは、そ
の時の測定状況に応じて大きく変化する可能性がある。

しかし、増幅回路１１１によってレベル変化が圧縮され
るので、心拍検出器から出力される信号のレベルが大き
く変動する場合であっても、信号処理回路１１０で信号
レベルの飽和が生じることはなく、正確なピーク点のタ
イミングが検知できる。

ところで、この実施例では心拍検出器から出力される信
号は、ＩＫ）（ｚの方形波信号を心拍信号によって振幅
変調したものであるが、心拍検出器と指との接触状態に
比較的速い変化が生じると、その変化によって変調波の
振幅が変化する。この場合、変調波を復調して得られる
心拍信号にはノイズが呪われる１例えば、第４ａ図に示
す波形では、Ｗｌ　、Ｗ２．Ｗ３及びＷ４が正しいＲ波
であり、ノイズ波Ｗｅｒｒが、２つのＲ波Ｗ３とＷ４と
の間に呪われている。所定レベル以上の波のピーク点間
の時間を心拍周期として測定する場合、Ｒ波とＲ波との
間にノイズ波がない場合には正しい心拍周期Ｔｏｋが測
定できるが、ノイズ波Ｗ　ｅ　ｒ　ｒがある場合には、
誤った時間Ｔ　ｅｒｒが測定される。

そこで、この実施例においては、心拍検出器と指との接
触状態に速い変化が生じる可能性のある場合に、心拍測
定を禁止するようにしている。具体的には、自動車に所
定レベル以上の振動が発生した場合、ステアリングホイ
ールが所定以上の速度で回動した場合、及びステアリン
グホイール把持状態に変化があった場合に、心拍測定を
禁止している。自動車の振動は、振動センサ６０で検出
され、ステアリングホイールの回動はステアリングセン
サ７０及び信号処理回路１２０で検出される。

ステアリングホイール把持状態は各心拍検出器を利用し
て検出し、その変化の有無はソフトウェア処理によって
検出する。

振動センサ６０が振動を検出すると、第３Ｃ図に示すセ
ンサ６６の出力端子（エミッタ）が低レベルＬになり、
ノアゲート８４の出力端子が低レベルＬになる。この信
号はスリップリングＳＡ２゜刷子ＢＡ２．ＢＡＩ及びス
リップリングＳＡｌを介してノアゲートＯＲＩに印加さ
れ、ＯＲ１の出力端子に接続されたＣＰＵの割込みポー
トＮＭＩを低レベルＬにする。

また、ステアリングホイールが回動すると第３Ｃ図に示
すセンサ７２の出力端子にパルス４３号が現われる。Ｆ
／Ｖ変換器８１の出力レベルはパルス信号の周波数に比
例して大きくなるので、ステアリングホイールの回動速
度が所定以上の場合、インバータ８２の出力端子がＬに
なり、インバータ８３の出力端子がＨになり、ノアゲー
ト８４の出力端子がＬになる。この信号は、スリップリ
ングＳＡ２．刷子ＢＡ２．ＢＡＩ及びスリップリングＳ
ＡＩを介してノアゲート○Ｒ１に印加され、ＯＲ１の出
力端子に接続されたＣＰＵの割込みポートＮ　Ｍ　Ｉを
低レベルＬにする。

マイクロコンピュータＣＰＵは、ステアリングホイール
把持状態に変化があると、出力ポートＰ２をト■にセッ
トする。これによってＣＰＵの割込みポートＮＭＩが低
レベルＬになる。

つまり、いずれかの検出手段によって心拍検出器と指と
の接触状態に速い変化が生じる可能性が検出されると、
いずれの場合もＣＰＵの割込みポートＮＭＩが低レベル
Ｌになる。

次に、第３ａ図に示すマイクロコンピュータＣＰＵの処
理の内容を説明する。第５ａ図に処理の概要を示し、第
５ｂ図にＣＰＵの内部タイマによる割込み要求に対する
処理の内容を示し、第５Ｃ図及び第５ｄ図に第５ａ図の
″心拍センサチェック″サブルーチンの内容を示し、第
５ｅ図に第５ａ図の″データ取込み”サブルーチンの内
容を示し、第５ｆ図にＣＰＵの割込みポートＮＭＩから
の割込み要求に対する処理の内容を示す。なお、ＣＰＵ
の内部タイマによる割込み要求は、この例では２ｍ５ｅ
ｃの周期で定期的に発生する。

まず、第５ａ図に示すメインルーチンを説明する。電源
がオンすると、まずメモリの内容をクリアし、Ｉ１０ポ
ートを初期化する。更に、内部タイマの計数の設定及び
該タイマによる割込みの設定を行なう。次に、″心拍セ
ンサチェック″サブル−チンを実行する。これの内容に
ついては後で詳細に説明するが、簡単にいうと、多数の
心拍検出器の中から、実際に心拍信号が得られる最も測
定に適したものを１つ選択し、それが出力する信号（Ｓ
Ｇ３を復調したもの）をアナログ／デジタル変換器ＡＤ
Ｃに印加する。

次に、゛′データ取込み”サブルーチンを実行する。

このサブルーチンの内容は、後で詳細に説明するが、簡
単にいうと、心拍信号に含まれる連続する２つのＲ波の
ピーク間の時間を測定して得られるデータを取込む処理
を行なう。このルーチンが終了すると、それによって得
られたデータをもとにして心拍数を計算し、更に分散（
ばらつきの程度）を計算する。

このようにして得られた心拍数及び分散のデータが正常
時のデータをもとにして予め設定される各種参照値と比
較される。但し、電源オン直後は参照値が未設定である
。これが未設定の時は、フラグＦ　ｒｅｆが°０”にな
っている、そこで、Ｆｒｅｆが０”なら、その直前に測
定されたデータをもとにして各種参照値を計算し、それ
らを各々の参照値に割り当てたレジスタにストアしてフ
ラグＦ　ｒｅｆを′１”にセットする。

フラグＦ　ｒｅｆがＩＩ　１７７なら、得られた心拍数
及び分散のデータを参照値と比較して、異常の有無をチ
ェックする。異常がなければ、心拍数を表示器ＤＳＰに
表示し、異常がある場合には、表示器ＤＳＰの表示を点
滅して異常の発生を表示するとともに、音声合成装置Ｖ
ＳＵ　（第３ａ図参照）を制御して、スピーカＳＰから
音声によって警告のメツセージを出力する。

なお、心拍の周期をＳとする場合、分散Ｍは次式によっ
て求めることができる。

Ｍ＝Ｓ”の平均値−（Ｓの平均値）２ 公知のように、人の体調と心拍数及び心拍周期の分散と
の間に和関があるので、心拍数及びその分散の異常の有
無を検知することにより、ドライバの居眠りや体の不調
を検知することができる。

次に、第５ｂ図に示す゛′タイマ割込み″ルーチンを説
明する。このルーチンでは、まず、カウンタＣＮＴの内
容をインクリメント（＋１）する、また、その結果、カ
ウンタＣＮＴの内容がＣＮＴＨより大きくなった場合に
は、データ取込みミスフラグＦ　ｍ１ｓｓを“１″にセ
ットし、カウンタＣＮＴの内容を０にクリアし、Ｒ被検
出フラグＦｒｖを″０”にクリアする。ＣＮＴＩ（は、
心拍周期の上限値であり、通常の心拍周期の値に比べ非
常に大きな値に設定しである。

カウンタＣＮＴの内容が正常であれば、次にＡ／Ｄ変換
によって得られたデータ（心拍信号の瞬時値電圧）をサ
ンプリングし、それをメモリにストアする。また、次の
Ａ／Ｄ変換を開始する。そして、新しく取込んだデータ
をチェックする。Ｒ被検出フラグＦｒｖが“０”の場合
には、Ｒ波を検出したかどうかをチェックする。まず、
新しく取込んだデータと前回取込んだデータとの差、即
ち心拍信号レベルの微分値が所定以上かどうかをチェッ
クし、その結果を記憶する。この微分値が所定以上の状
態が所定回数連続する場合には、Ｒ波の立ち上がりを検
出したものと見なし、フラグＦｒｖを“１”にセットす
る。

Ｒ被検出フラグＦｒｖが“１ｎの場合、即ちＲ波を検出
中の場合には、波形のピーク点を検出したかどうかをチ
ェックする。この例では、信号のレベル変化、即ちサン
プリングしたデータの微分値が０又はそれ以下であるこ
とが２回連続する場合に、ピークを検出したものと見な
す。

ピークを検出した場合には、まずＲ波検出フラグＦｒｙ
を′０″にリセットする。次に、カウンタＣＮＴの内容
を心拍周期の下限値ＣＮＴＬと比較する。

ＣＮＴ＞ＣＮＴＬなら、正常であるから、ピーク検出フ
ラグＦ　ｐｅａｋを１”にセットし、メモリＭｅｎにカ
ウンタＣＮＴの内容、即ち心拍周期をストアする。ＣＮ
Ｔの内容が異常に小さいと、カウンタＣＮＴの内容を０
にクリアして、Ｒ被検出フラグＦｒｖを“０”にリセッ
トする。

次に、第５ｃ図及び第５ｄ図に示す″′心心拍センサチ
ェックササブルーチン説明する。このルーチンでは、ま
ずレジスタＮに１をセットし、該レジスタの内容に対応
する心拍検出器を選択するように、各種アナログスイッ
チを制御する。但し、ここでＡＤＣに印加する信号は、
変調された心拍信号（ＳＧ４側）である・ 次に、入力ポートＰ１の状態を読み取って発振回路ｏｓ
ｃｉの状態、即ち心拍検出器の発光ダイオード（ＬＥＤ
）が発光状態かどうかをチェックする。それが発光状態
になるのを待ち１発光状態になったら、変換器ＡＤＣの
出力データをサンプリングしてその結果をレジスタＡに
ロードする。次に、ＬＥＤが消灯状態になるのを待ち、
消灯状態になったら、変換器ＡＤＣの出力データをサン
プリングしてその結果をレジスタ已にロードする。

更に、ＬＥＤが再び発光状態になるのを待ち、発光状態
になったら、変換器ΔＤＣの出力データをサンプリング
してその結果をレジスタＣにロードする。

そして、レジスタＡ、Ｂ及びＣにロードされたデータを
チェックする。まず、Ａ−Ｂの値を所定値ｄ１と比較す
る。つまり、ＬＥＤが発光状態の時の受光レベルと消灯
状態の時の受光レベルとの差が反射波のレベルに対応し
ているので、その差が所定値６１以上であれば、心拍信
号有にみなしてもよい。

但し、ノイズを検出した場合にも、その差が大きくなる
可能性があるので、ＬＥＤが発光状態の時の２回のサン
プリングデータの差（Ａ−Ｃの絶対値）が所定値ｄ２よ
り大きい場合には、心拍信号無しにみなす。

心拍信号有を検出した場合には、レジスタＲｓｅｎの第
Ｎビット（このＮはレジスタＮの内容に対応する）にｕ
　１　ｔｐをセットする。なおレジスタＲｓｅｎは、２
つのメモリ（２バイト）で構成されており、初期状態で
は全ビットが′０″にクリアされる。

次に、レジスタＮの内容をインクリメントし、その結果
がＮｍａｘ（センサ数：１０）より大きくなるまで上記
処理を繰り返す、つまり、全ての心拍検出器５ＥＩ−８
ＥＩＯに対して、それぞれ、心拍信号が得られているが
どうかを順次チェックし。

その検出結果をレジスタＲｇｅｎに記憶する。

上記チェックが終了したら、レジスタＲｓｅｎの内容を
チェックする。それが０（全ビットが”０“）であれば
、心拍信号の検出できる心拍検出器が存在しないので、
このサブルーチンの最初に戻って、再び上記処理を実行
し、心拍信号が得られるまで待つ。

レジスタＲｓｅｎの内容がＯでなければ、レジスタＡ、
　Ｂ及びＣの内容をクリアし、レジスタＲｓｅｎの、レ
ジスタＮＣの内容で定まるビットの内容をチェックする
６レジスタＮＣの内容は、初期状態では１である。レジ
スタＲｓｅｎの当該ビットがＩＩ　ＯＨの場合には、レ
ジスタＮＧの内容をインクリメントして、レジスタＲｓ
ｅｎの内容を再びチェックする。　Ｒｓｅｎの当該ビッ
トがパ１″″になったら、第５ｄ図の処理に進む。

次に、レジスタＲ５ｅｎの内容をレジスタＭｓｅｎの内
容と比較する。レジスタＭｓｅｎには、前回の″心拍セ
ンサチェック″処理においてレジスタＲｓｅｎにストア
されたデータが記憶されている。従って、これら２つの
レジスタの内容に差があった場合には、このサブルーチ
ンを前回実行した時から今回実行するまでの間に、実際
に心拍信号が得られる心拍検出器に変化があったことに
なる。この変化は、ドライバのステアリングホイール把
持状態の変化とみなすことができる。ステアリングホイ
ール把持状態に変化がある場合、心拍信号にノイズが現
われる可能性が高い。そこで、Ｍ　ｓｅｎ　＝Ｒｓｅｎ
でない場合には、レジスタＲｓｅｎの内容をＭｓｅｎに
ストアした後、心拍測定を禁止するため、出力ボートＰ
２を高レベルＨにセットする。

Ｒｓｅｎ　＝　Ｍ　ｓｅｎなら、次の処理に進む。即ち
、実際に心拍信号が得られる、レジスタＮＧの内容に対
応する心拍検出器を選択するように、各種アナログスイ
ッチを制御する。但し、ここでＡＤＣに印加する信号は
、復調された心拍信号（ＳＧ３側）である。

次に、データ取込みミスフラグＦ　ｍ１ｓｓをチェック
するａ　Ｆ＋ａｉｓｓが′１″であると、測定ができな
いので、それが“ＯＮになるまで待つ、但し、カウンタ
ＮＧＣＮの内容が上限値Ｎ　Ｇ　ＣＮ　Ｈより大きくな
ると、その時選択中の心拍検出器を無視する。っまり、
レジスタＮＣの内容をインクリメントし、次の心拍検出
器を選択する。但し、レジスタＮＣの内容が心拍センサ
の数Ｎｍａｘより大きくなったら、このチェックを終了
する。

データ取込みミスフラグＦ　ｍ１ｓＳが１１０７１なら
、ピーク検出フラグＦ　ｐｅａｋをチェックし、それが
′１″になるのを待つ。フラグＦ　ｐｅａｋが１”にな
ったら。

それを０”にリセットし、カウンタＮＧＣＮを０にクリ
アする。そして、最新の心拍信号レベルデータをＡＤＣ
から読み取ってレジスタＡにロードする。Ａ＞Ｂの場合
、レジスタＡの内容をＢにストアし、レジスタＮＧの内
容をメモリＭｎｃにストアする。

次に、レジスタＮＣの内容をインクリメントし、レジス
タＲｓｅｎのレジスタＮＣの内容で示され゛るビットの
内容をチェックする。該ビットがＩＩ　Ｑ　＃＃。

即ち、該ビットに対応する心拍検出器が心拍信号を出力
しない場合には、再びレジスタＮＣの内容をインクリメ
ントするｗ　Ｒｓｅｎの当該ビットが′″１ｎなら、心
拍検出器の選択をそのビット番号に応じて切換え、上記
処理を繰り返すことによって、心拍信号レベルのピーク
値を他の心拍検出器のものと比較する。レジスタＮＣの
内容がＮｍａｘより大きくなったら、このチェックを終
了する。即ち。

上記処理（第５ｄ図）によって、心拍信号の得られる心
拍検出器のうち、！＆もレベルの大きい信号の得られる
１つの心拍検出器の番号が、メモリＭｎｃに記憶される
。

上記処理の結果、メモリＭｎｃの内容が０なら、有効な
心拍信号の得られる心拍検出器が存在しないので、この
″心拍センサチェック″サブルーチンを最初から再び実
行する。Ｍｎｃの内容が０でなければ、その内容に対応
付けられた心拍検出器を選択するように、各種アナログ
スイッチを制御する。

但し、この場合に選択するのは、復調された心拍信号（
ＳＧ３側）である。

次に、第５ｅ図を参照して″データ取込み”サブルーチ
ンを説明する。この処理では、まず、データ取込みミス
フラグＦ　＋ａｉｓｓをチェックする。それが“１”な
ら、それを“０″にリセットし、前述の゛′心拍センサ
チェックかサブルーチンを実行し、連続取込みフラグＦ
　ｃｏｎｔをＩＩ　ＯＨにリセットし、上記処理を繰り
返す。

フラグＦ　ｍ１ｓｓが０〜なら１次にピーク検出フラグ
Ｆ　ｐｅａｋをチェックする。Ｆ　ｐｅａｋがＩＩ　Ｏ
７１なら、それがパ１ｎになるまで待つ、Ｆρｅａｋが
ａｔ　１　ｕになったら、それを０″にリセットし、フ
ラグＦ　ｃｏｎｔをチェックする。Ｆ　ｃｏｎｔが０“
なら、それを“１”にセットし。

上記処理を繰り返し実行する。連続取込みフラグＦ　ｃ
ｏｎｔがｎ　１　＃＃の場合、カウンタＣＮＴの内容が
有効かどうかチェックする。即ち、それまでに測定した
心拍周期の平均値をＸとする場合、ＣＮＴの内容とＸと
の差の絶対値が０．２５ｘより小さい場合に、そのデー
タを有効とみなし、そうでなければ無効にする。

ＣＮＴの内容が有効なデータなら、次に′″心拍センサ
チェック”サブルーチンを実行した後１把持変化フラグ
Ｆ　ａｈ（をチェックする。フラグＦ　ｃｈｇが“１″
なら、それをｄａ　Ｏ１Ｈにリセットし、上記処理を繰
り返し実行する。フラグＦｃｈｇがＪ＃　０７１なら、
カウンタＣＮＴの内容（心拍周期）を所定のメモリにス
トアし、その値を利用して心拍周期の平均値Ｘを計算し
てその結果を所定のメモリにストアし、カウンタＣＮＴ
の内容をクリアする。データ取込みが終了したら、この
サブルーチンを終了してメインルーチンに戻る。

次に、第５ｆ図に示す割込み処理ＮＭＩを説明する。こ
の処理は、マイクロコンピュータＣＰＵのボートＮＭＩ
が低レベルＬになった時に、即ち。

所定以上のレベルの振動が検出された時、ステアリング
ホイールが所定以上の速度で回動する時。

及びステアリングホイール把持に変化があった時に実行
する。

この処理では、まずポートＰ２を低レベルＬに設定（割
込み要求を解除）し、把持変化フラグＦ　ｃｈｇに“′
１”をセットした後、所定時間Ｔだけ待機し、カウンタ
ＣＮＴの内容を０にクリアし、各フラグＦ　ｐｅａｋ　
、　Ｆ　ｒｗ及びＦ　ｃｏｎｔ、を“０”にリセットし
、タイマ割込みの設定を行なう。

従って、心拍測定を行なっている途中で、ポートＮＭＩ
が低レベルＬになると、それまでの測定結果が無効にな
り、それから少なくとも所定時間Ｔの間は、次の心拍測
定が開始されない。つまり、心拍測定は禁止される。

［効果］ 以上のとおり本発明によれば、ステアリングホイール上
の心拍検出手段と指との接触状態に変化が生じる可能性
のある場合に心拍測定を禁止するので、心拍検出手段と
指との接触圧変化等に基づいて発生するノイズの影響が
心拍の測定結果に現われるのが防止される。従って信頼
性の高い測定結果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施する車上心拍計を搭載した自動
車のステアリングホイールを示す正面図である。 第２ａ図及び第２ｂ図は、それぞれ、第１図のＵａ−Ｉ
ｒａ線及びｎｂ−ｎｂ線から見た断面図である。 第２Ｃ図は、第１図のステアリングホイールの左側面か
らみた断面図である。 第２ｄ図は、＠動センサ６０の縦断面図である。 第２ｅ図はステアリングセンサ７０を示す断面図、第２
ｆ図は第２ｅ図のｌ１ｆ−Ｉｆ線から見た断面図である
。 第３ａ図、第３ｂ図、第３ｃ図及び第３ｄ図は。 車上心拍計の電気回路を示すブロック図である。 第４ａ図及び第４ｂ図は、それぞれ変調された心拍信号
及び復調された心拍信号を示す波形図である。 第５ａ図、第５ｂ図、第５ｃ図、第５ｄ図、第５ｅ図及
び第５ｆ図は、第３ａ図のマイクロコンピュータＣＰＵ
の動作を示すフローチャートである。 １ニステアリングホイール ４０：操舵シャフト ６０：振動センサ ６６．７２：反射型光学センサ ７０ニステアリングセンサ ７３：ディスク ８１　：　Ｆ／Ｖ変換器 １１０：信号処理回路（信号処理手段）１１１：増幅回
路（レベル調整手段） ＯＰＩ〜ＯＰ７　：演算増幅器 ＳＡＩ、ＳＡ２．ＳＢ　１．ＳＢ２　ニスリップリング
ＢＡＩ、ＢＡ２．ＢＢＩ、ＢＢ２：刷子ＳＥＩ〜５ＥＩ
Ｏ：心拍検出器（心拍検出手段）ＬＥＤ：発光ダイオー
ド ＰＴ：フォトトランジスタ ＣＰＵ：マイクロコンピュータ（電子制御手段）Ｏ５Ｃ
Ｉ：発振回路（変調手段） ＡＳＩ、Ａｇ３．ΔＳ３．ＡＳ４：アナログスイッチＤ
ＳＰ：表示器（報知手段） ＡＤＣ：アナログ／デジタル変換器 ＶＳＵ：音声合成装置 声２１図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステアリングホィールもしくはそれを支持する部
   材に配置され、少なくとも１つの発光手段と少なくとも
   １つの受光手段とを含む、心拍検出手段； 表示及び音出力の少なくとも一方を行なう報知手段；お
   よび 前記心拍検出手段が出力する電気信号の変動周期もしく
   はそのばらつきを測定し、その結果に応じて前記報知手
   段を付勢するとともに、ステアリングホィールの把持状
   態の変化の有無を検出し、変化有を検知した場合には測
   定を禁止する、電子制御手段； を備える車上心拍計。
2. （２）心拍検出手段は複数であり、電子制御手段は、各
   々の心拍検出手段について心拍信号が得られるか否かを
   周期的に検出しその結果をステアリングホィール把持状
   態として、メモリに記憶し、ステアリングホィール把持
   状態の最新の検出結果とメモリに記憶されたそれ以前の
   ステアリングホィール把持状態とを比較し、それらに変
   化がある場合に、把持状態変化有を検知する、前記特許
   請求の範囲第（１）項記載の車上心拍計。
3. （３）電子制御手段は、ステアリングホィールの回動を
   検知する回動検知手段を備え、該回動検知手段がステア
   リングホィールの回動を検知したら、把持状態変化有を
   検知する、前記特許請求の範囲第（１）項記載の車上心
   拍計。
4. （４）回動検知手段は、前記ステアリングホィールと連
   結された操舵シャフトに固定されたディスク及び該ディ
   スクの回動に応じた電気パルスを出力するパルス発生手
   段を含む、前記特許請求の範囲第（３）項記載の車上心
   拍計。
5. （５）回動検知手段は、ステアリングホィールの回動速
   度が所定以上の場合に、ステアリングホィール回動有を
   示す電気信号を出力する、前記特許請求の範囲第（４）
   項記載の車上心拍計。
6. （６）電子制御手段は、ステアリングホィールの把持状
   態の変化有を検知した場合には、それを検知した後、少
   なくとも所定の待ち時間を経過するまで次の心拍測定の
   開始を遅らせる、前記特許請求の範囲第（１）項、第（
   ２）項、第（３）項、第（４）項又は第（５）項記載の
   車上心拍計。