JP2008272082A - Indoor environment controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は運転者が機械を操作する操作装置がある室内の環境を運転者の生体情報に基づいて調整する室内環境制御装置に関するものである。 The present invention relates to an indoor environment control device that adjusts an indoor environment where an operating device for operating a machine by a driver is based on biological information of the driver.
車両の室内環境を調節し、乗員の生理状態を改善する生理状態改善装置が知られている(例えば、特許文献1を参照。)。特許文献1には、車両の各乗員から生体情報を検出する生体情報検出手段と、生体情報検出手段によって検出された生体情報に基いて、各乗員の生理状態を判断する生理状態判断手段と、生理状態判断手段によって判断された生理状態に基いて、車両の室内環境を調節する環境調節手段とを備え、環境調節手段が各乗員の生理状態に基いて室内環境を調節することによって、各乗員の生理状態を改善することが記載されている。特許文献1のシステムが備える生体情報検出手段は、各乗員に付けられたリストバンド、座席に設置されたセンサおよび車両に設けられたカメラなどである。
しかし、これらの生体情報検出手段は、衣服を介しての測定のため測定精度に課題があり、リストバンドを装着しなければならないという運転者への負担という課題があった。 However, these biological information detection means have a problem in measurement accuracy due to measurement through clothes, and have a problem of burden on the driver that a wristband must be worn.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、機械を操作する運転者の正確な生体情報を運転者の操作中の動作から取得し、その結果を室内環境に反映させる室内環境制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and obtains accurate biological information of a driver who operates a machine from an operation being performed by the driver, and reflects the result on the indoor environment. An object is to provide an apparatus.
前記目的を達成するために、本発明に係る室内環境制御装置は、運転者の皮膚を介して直接生体情報を取得するセンサプローブを機械の操作装置に配置した。 In order to achieve the above-mentioned object, the indoor environment control device according to the present invention has a sensor probe that directly acquires biological information via the driver's skin disposed in the operating device of the machine.
具体的には、本発明に係る室内環境制御装置は、運転者が機械を操作する操作装置がある室内の環境を運転者の生体情報に基づいて調整する室内環境制御装置であって、運転者が接触することで運転者の体内へレーザ光を照射する発光素子及び運転者の体内から前記レーザ光に基づく散乱光を受光して電気信号を出力する受光素子を有するセンサプローブ部と、前記センサプローブ部からの前記電気信号から運転者の生体情報を解析し、室内環境を調整する指示信号を出力する本体部と、を備え、前記センサプローブ部は、前記操作装置に取付部材で固定されていることを特徴とする。 Specifically, an indoor environment control device according to the present invention is an indoor environment control device that adjusts an indoor environment where an operating device for operating a machine by a driver is based on biological information of the driver. A sensor probe unit comprising: a light emitting element that irradiates a driver's body with laser light by contacting the light source; and a light receiving element that receives scattered light based on the laser light from the driver's body and outputs an electrical signal; A body part for analyzing a driver's biological information from the electrical signal from the probe part and outputting an instruction signal for adjusting the indoor environment, and the sensor probe part is fixed to the operating device by an attachment member. It is characterized by being.
運転者がセンサプローブ部を操作装置の任意の箇所に取り付けることで、運転者は機械の操作装置から手を離さずにセンサプローブに触れることができる。 The driver can touch the sensor probe without removing his / her hand from the operation device of the machine by attaching the sensor probe portion to any position of the operation device.
また、本発明に係る室内環境制御装置は、運転者が機械を操作する操作装置がある室内の環境を運転者の生体情報に基づいて調整する室内環境制御装置であって、運転者が接触することで運転者の体内へレーザ光を照射する発光素子及び運転者の体内から前記レーザ光に基づく散乱光を受光して電気信号を出力する受光素子を有するセンサプローブ部と、前記センサプローブ部からの前記電気信号から運転者の生体情報を解析し、室内環境を調整する指示信号を出力する本体部と、を備え、前記センサプローブ部は、前記操作装置の運転者が接触する位置に、前記発光素子が運転者の体内にレーザ光を照射でき、前記受光素子が運転者の体内からの散乱光を受光できる向きで埋め込まれていることを特徴とする。 Moreover, the indoor environment control device according to the present invention is an indoor environment control device that adjusts the indoor environment where the driver has an operating device for operating the machine based on the biological information of the driver, and the driver contacts the indoor environment control device. A sensor probe unit having a light emitting element for irradiating the driver's body with laser light and a light receiving element for receiving scattered light based on the laser light from the driver's body and outputting an electrical signal; and Analyzing the biological information of the driver from the electrical signal and outputting an instruction signal for adjusting the indoor environment, and the sensor probe unit is located at a position where the driver of the operating device comes into contact. The light-emitting element can irradiate the driver's body with laser light, and the light-receiving element is embedded in a direction in which scattered light from the driver's body can be received.
センサプローブ部が直接手で触れる操作装置に埋め込まれているため、運転者は運転中常にセンサプローブ部に触れることになる。 Since the sensor probe part is embedded in an operating device that is directly touched by a hand, the driver always touches the sensor probe part during driving.
本発明に係る室内環境制御装置の前記受光素子は、前記発光素子が照射するレーザ光が運転者の血流で散乱した散乱光を受光することを特徴とする。末梢血管の血流を運転者の状態を判断する指標とすることができる。血流から血流量、脈拍及び心拍間隔を測定することができる。 The light receiving element of the indoor environment control device according to the present invention is characterized in that the laser light emitted by the light emitting element receives scattered light scattered in the bloodstream of the driver. Peripheral blood flow can be used as an index for judging the state of the driver. Blood flow volume, pulse rate and heart rate interval can be measured from the blood flow.
本発明に係る室内環境制御装置の前記本体部は、運転者の生体情報から運転者のストレス状態を解析することを特徴とする。室内環境制御装置は運転者のストレスを緩和するように室内の環境を制御することができる。 The main body of the indoor environment control device according to the present invention is characterized by analyzing a driver's stress state from the driver's biological information. The indoor environment control device can control the indoor environment so as to relieve the driver's stress.
本発明に係る室内環境制御装置の前記機械は自動車であり、前記操作装置はステアリングホイールであってもよい。 The machine of the indoor environment control device according to the present invention may be an automobile, and the operation device may be a steering wheel.
本発明に係る室内環境制御装置の前記機械は自動車であり、前記操作装置はシフトレバーであってもよい。 The machine of the indoor environment control device according to the present invention may be an automobile, and the operation device may be a shift lever.
本発明に係る室内環境制御装置の前記機械は飛行機であり、前記操作装置は操縦桿であってもよい。 The machine of the indoor environment control device according to the present invention may be an airplane, and the operation device may be a control stick.
本発明に係る室内環境制御装置の前記機械は船であり、前記操作装置は操舵輪であってもよい。 The machine of the indoor environment control device according to the present invention may be a ship, and the operation device may be a steering wheel.
本発明は、機械を操作する運転者の正確な生体情報を運転者の操作中の動作から取得し、その結果を室内環境に反映させる室内環境制御装置を提供することができる。 The present invention can provide an indoor environment control device that acquires accurate biological information of a driver who operates a machine from an operation being performed by the driver and reflects the result in the indoor environment.
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiment described below is an example of the configuration of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment. In the present specification and drawings, the same reference numerals denote the same components.
(実施の形態1)
本実施形態の室内環境制御装置は、運転者が機械を操作する操作装置がある室内の環境を運転者の生体情報に基づいて調整する室内環境制御装置であって、運転者が接触することで運転者の体内へレーザ光を照射する発光素子及び運転者の体内から前記レーザ光に基づく散乱光を受光して電気信号を出力する受光素子を有するセンサプローブ部と、前記センサプローブ部からの前記電気信号から運転者の生体情報を解析し、室内環境を調整する指示信号を出力する本体部と、を備え、前記センサプローブ部は、前記操作装置に取付部材で固定されていることを特徴とする。
(Embodiment 1)
The indoor environment control device according to the present embodiment is an indoor environment control device that adjusts an indoor environment where an operation device for operating a machine by a driver is based on the biological information of the driver. A sensor probe unit having a light emitting element for irradiating the driver's body with laser light and a light receiving element for receiving scattered light based on the laser light from the driver's body and outputting an electrical signal; and the sensor probe unit A body part for analyzing the biological information of the driver from the electrical signal and outputting an instruction signal for adjusting the indoor environment, wherein the sensor probe part is fixed to the operating device by a mounting member. To do.
本実施形態の室内環境制御装置801の概略図を図1に示す。室内環境制御装置801は、センサプローブ部11、本体部12、取付部材13及びエアコン14を備える。センサプローブ部11は、発光素子111及び受光素子112を有する。発光素子111は、例えば、1.3μDFBレーザである。発光素子111は、開口部115から運転者の体内へレーザ光を照射する。受光素子112は、例えば、フォトダイオードである。受光素子112は、開口部115を介して運転者の体内から前記レーザ光に基づく散乱光を受光して電気信号を出力する。例えば、受光素子112は、前記発光素子が照射するレーザ光が運転者の血流で散乱した散乱光を受光する。なお、発光素子111も受光素子112も上記例に限定されることはない。
A schematic diagram of an indoor
本体部12は、電気配線151を通じてセンサプローブ部11から電気信号を受信し、運転者の生体情報を解析し、室内環境を調整する指示信号をエアコン14に出力する。例えば、本体部12は、運転者の生体情報から運転者のストレス状態を解析する。運転者のストレス状態とは、例えば、眠気、疲労、緊張又は焦燥である。
The
エアコン14は本体部12からの指示信号に基づき、風量、室内の温度、湿度を設定する。また、必要に応じて、眠気を覚ますような音や香り、振動を発生してもよい。
The
取付部材13は、センサプローブ部11を表面の一部に配置し、本体部12をセンサプローブ部11と反対側に配置する。取付部材13は、取付機構131を有し、取付機構131で機械の操作装置に固定される。例えば、前記機械は自動車であり、前記操作装置はステアリングホイールである。
The
図2は、室内環境制御装置801を自動車のステアリングホイール3に取り付けた状態を示した図である。運転者は、自動車の運転中はステアリングホイール3を常に触れており、運転者の手を添える付近に室内環境制御装置801を取り付けることで、運転者はステアリングホイール3から手を離さずにセンサプローブ部11に触れることができる。
FIG. 2 is a diagram showing a state in which the indoor
運転者の指先がセンサプローブ部11に触れることで、室内環境制御装置801は運転者の指先の血流から生体情報を取得することができる。この生体情報に基づき、取付部材13の裏面に配置した本体部12(図示せず)がエアコン14に指示信号を出すことで自動車の車内は快適な状態を保つことができる。そのため、運転者のストレスが低減され、事故を未然に防止することができる。
When the driver's fingertip touches the
次に、センサプローブ部11及び本体部12の構成を図3のブロック図を用いて詳しく説明する。センサプローブ部11は発光素子111、受光素子112及び増幅器113を有している。発光素子111は基板110に搭載され運転者900ヘレーザ光Pを照射する。受光素子112は発光素子111に隣接して基板110に搭載される。受光素子112は運転者900からの散乱光Sを受光し、散乱光Sの受光強度に応じた散乱光強度信号A1を出力する。増幅器113は基板110に近接して配置される。このように増幅器113を配置することで散乱光強度信号A1が微弱であってもノイズの混入を防ぐことができる。増幅器113は入力された信号の特定の周波数範囲を抽出し、所定の利得で増幅してアナログ信号A2を出力する。
Next, the configuration of the
基板110は、例えば半導体基板とすることができる。例えば、基板110には特開2002‐330936に記載されるような集積化の公知技術を用いて発光素子111及び受光素子112を搭載することができる。図4は、発光素子111及び受光素子112を基板110へ搭載したセンサヘッド40を示す図である。導波路401は、発光素子111からの光を発散又は集束させることで図3で説明したレーザ光P(図示せず)とすることができ、レーザ光Pを運転者900(図示せず)に向けて出射する。導波路401は基板110に搭載されている。また、遮蔽ブロック404は、発光素子111からの光が直接受光素子112に入射するのを防ぐため、発光素子111と受光素子112のそれぞれを囲い込む形のブロックである。遮蔽ブロック404は基板110に接合される。このような構造のセンサヘッド40は小型にすることができる。また、センサヘッド40は光ファイバの取り回しが不要であるため、光ファイバによる擾乱に起因するノイズが発生せず、正確な生体情報を取得することができる。
The
現在市販されている1.3μDFBレーザ及びフォトダイオードのサイズから、遮蔽ブロック404を取り付けた場合でも、センサヘッド40のサイズは横幅約2.5mm、縦幅約3.5mm、厚み約2mm程度である。センサヘッド40が小型化できるため、図1で説明したセンサプローブ部11もフレキシブルシート又はウレタン・フォーム製のクッションなど扁平な基材に埋設することができる。また、基板110の表面に発光素子111、受光素子112及び導波路401を2次元的に配置するため、光部品を3次元的に組み立てる従来のセンサヘッドより光軸合わせや調整の工程を不要とすることができ製造コストを安価にすることも可能となる。
Even when the
図3を利用して本体部12の説明をする。本体部12は、ローパスフィルタ121、アナログ‐デジタル変換器122、信号処理回路123、インターフェース回路124、電源回路125、発光素子駆動回路126及び環境コントローラ127を有する。ローパスフィルタ121は入力される信号から設定されるカットオフ周波数以上の周波数成分を除去して出力する電気回路であり、アナログ信号線151−1に重畳するノイズを除去する。アナログ‐デジタル変換器122は、アナログ信号A3を所定の周波数でサンプリングを行い、量子化してデジタル信号D1を出力する。
The
信号処理回路123は、デジタル信号D1を所定の規則に従い処理を行なう電気回路である。信号処理回路123は大量のデジタル信号のデータを高速に処理できるため、デジタル信号D1を処理した結果をリアルタイムで出力することができる。例えば、信号処理回路123はDSPである。インターフェース回路124は、外部の周辺機器と通信ができるように、信号処理回路123の出力D2を所定の規格の信号に変換する電気回路である。例えば、インターフェース回路124は入力された信号をRS−232C規格の信号に変換する回路である。環境コントローラ127は、インターフェース回路124の出力D3に基づきエアコン14に対して室内環境を調整する指示信号D4を出力する。
The
エアコン14は、指示信号D4に基づき室内環境を調整する空調機である。エアコン14は、例えば、室内の温度、湿度、気流の流れ、香り、マイナスイオン、排気、吸気、空調の風量を調整することができる。なお、本実施例では、エアコン14を記載しているが、運転者のシートに配置した振動器、音源又はメッセージ表示器でもよい。
The
発光素子駆動回路126は、発光素子111への電力を供給すると共に発光素子111のオンオフ及び強度を制御する電気回路である。電源回路125は、アナログ‐デジタル変換器122、信号処理回路123、インターフェース回路124、発光素子駆動回路126及び環境コントローラ127へ電力線205を介して電力を供給する電気回路である。また、電源回路125は、センサプローブ部11へも電力を供給する。電源回路125は、交流を直流に変換する回路、電圧変換回路、電圧安定化回路を含む。また、電源回路125の電源は電池であってもよい。
The light emitting
センサプローブ部11に接続される電気配線151は、増幅器113とアナログ‐デジタル変換器122とを接続するアナログ信号線151−1、発光素子駆動回路126と発光素子111とを接続する発光素子駆動線151−2及び電源回路125と基板110及び増幅器113とを接続する電源線151−3を有する。例えば、アナログ信号線151−1、発光素子駆動線151−2及び電源線151−3はまとめられ、取付部材13の内部に収容される。従って、室内環境制御装置801は光ファイバを介さずにセンサプローブ部11と本体部12とを接続できるため、光ファイバの擾乱に起因するノイズは発生せず、正確な生体情報を取得することができる。
The
図5に示すブロック図のような構成の室内環境制御装置802でも図3の室内環境制御装置801と同様に運転者900の生体情報を取得できる。図3の室内環境制御装置801と図5の室内環境制御装置802との違いは、図5のセンサプローブ部11がアナログ‐デジタル変換器114をさらに備えていること及び図5の本体部12にローパスフィルタ121及びアナログ‐デジタル変換器122が無いことである。また、電気配線151は、アナログ信号線151−1の代替としてデジタル信号線151−4を持つ。
Similarly to the indoor
アナログ‐デジタル変換器114は図3で説明したアナログ‐デジタル変換器122と同様の機能を持つ。室内環境制御装置802は、増幅器113から出力されたアナログ信号A2をアナログ‐デジタル変換器114ですぐにデジタル信号D1に変換する。そのため、センサプローブ部11と本体部12との間の電気配線151で受けるノイズの影響を低減することができ、高精度な血流測定が可能となる。デジタル信号であるから、本体部12にはローパスフィルタ121が不要である。
The analog-to-
室内環境制御装置801及び室内環境制御装置802は、次のように運転者900の生体情報を取得することができる。なお、本実施例では、生体情報は運転者900の血流として説明する。発光素子111からのレーザ光Pにより、運転者900の体内で、静止した生体組織から散乱した光と生体組織の毛細血管中を移動している赤血球(散乱粒子)から散乱した光(血液速度に応じてドップラーシフトΔfを受けた光)とが生ずる。受光素子112は、これらの光が干渉した散乱光Sを検出(ヘテロダイン検波)し、散乱光強度信号A1を出力する。増幅器113は、散乱強度信号A1のうち散乱光の干渉成分を増幅する。アナログ‐デジタル変換器122又はアナログ‐デジタル変換器114は、アナログ信号A2をデジタル信号D1に変換する。信号処理回路123は、デジタル信号D1の信号処理を行い散乱光Sの干渉成分の周波数解析を行う。散乱光Sの干渉成分の周波数は血流速度に相当し、散乱光の強度は移動している血液量に相当する。そのため、血流速度と血液量との積で血流量が求められる。さらに、散乱信号波形には、脈拍による変調成分もあり脈拍の検出も可能である。そして、信号処理回路123は周波数解析の結果を生体情報としてインターフェース回路124を介して環境コントローラ127に出力する。
The indoor
環境コントローラ127は、血流量の変化に対してどのようにどのような指示信号D4を出力するかを、予め実験データから組み込んでおいても良い。例えば、環境コントローラ127は、血流量の変動によって運転者のストレスが上昇していることを判断し、室内温度を下げる指示信号D4を出力してもよい。また、血流量が減少した生体情報を得た場合には、運転者の疲労や眠気が生じているため、風量を増加させる指示信号D4や香りを発生させる指示信号D4を出力する。また、振動器、音源又はメッセージ表示器に指示信号D4を出力してもよい。これらの設定は運転者別に設定してもよい。
The
センサプローブ部11に体温や発汗センサなどを組み込めれば同時に複数の生理情報を検出することができ、運転者のストレスをより正確に判断できる。その結果も含めてエアコン14を制御すれば、運転者の快適度はさらに向上する。
If a body temperature, a sweat sensor or the like is incorporated in the
(実施の形態2)
本実施形態の室内環境制御装置は、運転者が機械を操作する操作装置がある室内の環境を運転者の生体情報に基づいて調整する室内環境制御装置であって、運転者が接触することで運転者の体内へレーザ光を照射する発光素子及び運転者の体内から前記レーザ光に基づく散乱光を受光して電気信号を出力する受光素子を有するセンサプローブ部と、前記センサプローブ部からの前記電気信号から運転者の生体情報を解析し、室内環境を調整する指示信号を出力する本体部と、を備え、前記センサプローブ部は、前記操作装置の運転者が接触する位置に、前記発光素子が運転者の体内にレーザ光を照射でき、前記受光素子が運転者の体内からの散乱光を受光できる向きで埋め込まれていることを特徴とする。
(Embodiment 2)
The indoor environment control device according to the present embodiment is an indoor environment control device that adjusts an indoor environment where an operation device for operating a machine by a driver is based on the biological information of the driver. A sensor probe unit having a light emitting element for irradiating the driver's body with laser light and a light receiving element for receiving scattered light based on the laser light from the driver's body and outputting an electrical signal; and the sensor probe unit A body part for analyzing the biological information of the driver from the electrical signal and outputting an instruction signal for adjusting the indoor environment, wherein the sensor probe part is located at a position where the driver of the operating device contacts Can irradiate the driver's body with laser light, and the light receiving element is embedded in such a direction as to receive scattered light from the driver's body.
本実施形態の室内環境制御装置803の概略図を図6に示す。室内環境制御装置803と図1の室内環境制御装置801との違いは、室内環境制御装置802が取付部材13を備えていないことである。図6の室内環境制御装置803のセンサプローブ部11は図7の具体例のように直接操作装置であるステアリングホイール3に埋め込まれている。具体的には、センサプローブ部11は、操作装置の運転者900が接触する位置に、発光素子111が運転者900の体内にレーザ光を照射でき、受光素子112が運転者900の体内からの散乱光を受光できる向きで埋め込まれている。本体部12は室内の任意の場所に設置することができる。この場合、センサプローブ部11の数は複数であることが好ましい。
A schematic diagram of the indoor
運転者900は運転中のほとんどの時間においてステアリングホイール3を握っており、指先表面が接する可能性のあるステアリングホイール3の表面に複数のセンサプローブ部11を埋め込むことで、室内環境制御装置803は運転者900の血流を概ね継続的に計測することが可能である。
The
室内環境制御装置803は、図1から図5で説明した室内環境制御装置801及び室内環境制御装置802と同様に運転者900の血流を生体情報として検出し、その結果を室内環境に反映させることができる。
The indoor
(他の実施形態)
本実施形態の室内環境制御装置のセンサプローブ部が取り付けられる操作装置は、自動車のシフトレバーであってもよい。また、前記機械は飛行機であり、前記操作装置は操縦桿であってもよい。さらに、前記機械は船であり、前記操作装置は操舵輪であってもよい。
(Other embodiments)
The operation device to which the sensor probe unit of the indoor environment control device of the present embodiment is attached may be a shift lever of an automobile. The machine may be an airplane, and the operating device may be a control stick. Furthermore, the machine may be a ship and the operating device may be a steering wheel.
(センサヘッドの他の例)
図4で基板110に搭載するセンサヘッドの一例を示した。以下にセンサヘッドの他の例を示す。
[センサヘッド50]
センサヘッド50について図8を用いて説明する。図8は第一の実施形態のセンサヘッドの鳥瞰図である。絶縁性材料である絶縁基板110a上に電気配線182、183、184、185が形成され、電気配線182は受光素子用のアノード、電気配線183は受光素子用のカソードであり、微小信号検出のために増幅器(図示せず)へと接続されている。電気配線185は発光素子用のアノード、電気配線184は発光素子用のカソードであり、図3で説明した発光素子駆動回路126へと接続される。
(Other examples of sensor head)
FIG. 4 shows an example of a sensor head mounted on the
[Sensor head 50]
The
電気配線184の上にはんだ膜(図示せず)を介して発光素子111(面発光LD)が形成されている。同様に電気配線183の上にはんだ膜(図示せず)を介して受光素子112(面入射PD)が形成される。
A light emitting element 111 (surface emitting LD) is formed on the
また、受光素子112の上面にも電極があり、ワイヤボンディングによって、電気配線182に接続される。ここはアノード(プラス極)に接続されている。
There is also an electrode on the upper surface of the
さらに発光素子111の上面にも電極があり、ワイヤボンディングによって、電気配線185に接続され、ここには発光素子駆動回路126からのアノード(プラス極)から電流が注入される。さらに基板上には、発光素子111から受光素子112へ直接くる光を避けるため受光素子112を囲むように遮光枠187が設けられる。発光素子111は絶縁基板110aの上方の運転者900(図示せず)に向けてレーザ光P(図示せず)を照射する。遮光枠187により、受光素子112は発光素子111からの直接光の影響を受けず、運転者900(図示せず)からの散乱光S(図示せず)を受光できる。
Furthermore, an electrode is also provided on the upper surface of the
すなわち、センサヘッドで受光する毛細血管内の赤血球からの散乱光(ドップラーシフトした光)により強度変調された散乱光成分は、数100pW程度と非常に微弱なため、遮光枠187を設けないと信号のS/N比が悪くなる。この遮光枠187が無い状態では、微弱なドップラーシフトした散乱光成分の強度が埋もれてしまい、血流速度の検出ができない。
That is, the scattered light component whose intensity is modulated by the scattered light (Doppler-shifted light) from the red blood cells in the capillary blood vessels received by the sensor head is very weak, about several hundred pW. The S / N ratio becomes worse. In the absence of the
センサヘッドを上記のような絶縁基板110aと、その上の電気配線182〜185と、遮光枠187とを用いる構成にしたことにより、安価な材料かつ少ない工程で形成でき、製造コストが安価となる。
Since the sensor head is configured to use the insulating
[センサヘッド51]
センサヘッド51について図9を用いて説明する。図9はセンサヘッド51の受光素子側の部分の鳥瞰図である。
[Sensor head 51]
The
センサヘッド51は、発光素子側の部分はセンサヘッド50と同様の構成とすることができる。センサヘッド51の基本的な構成はセンサヘッド50と同様であるが、受光素子に対して発光素子から直接入射する光を遮蔽するために、遮光枠の変わりに遮光キャップ287を用いている。遮光キャップ287は直方体のキャップの上面に孔289が開いたものであり、遮光枠に比較して受光できる光量が少ないという短所があるが、背景からの光を遮蔽するために信号のS/N比が良くなるという長所がある。基本的動作はセンサヘッド50と同様である。
The
[センサヘッド52]
センサヘッド52について図10を用いて説明する。図10はセンサヘッド52の発光素子111a側の部分の鳥瞰図である。
[Sensor head 52]
The
センサヘッド52は、受光素子側の部分はセンサヘッド50もしくはセンサヘッド51と同様の構成とすることができる。センサヘッド52は、基本的な構成はセンサヘッド50、51と同様であるが、端面出射型の発光素子111aを用いている点が異なる。
The
また、端面出射されるレーザ光を垂直上方へと進行方向を変えるための90度折り曲げ鏡285が設置されている。この90度折り曲げ鏡285は直角二等辺三角形のプリズム柱の斜辺面に金属蒸着等で鏡面を形成したものである。面発光型の発光素子を用いた場合と比較して、90度折り曲げ鏡285を必要とするため部品点数が多くなりコスト増要因となるという短所があるが、端面出射型の発光素子は選択可能な波長帯域が広く、また光通信用の高品質なレーザが使用でき、特に長寿命かつ安定な波長1.3μmの分布帰還レーザを使用することができるという利点がある。また、プリズムの材料はガラスや溶融石英などが考えられるが、プラスチックで作製すれば射出成型の方法で大量生産が可能になるという利点がある。基本的動作はセンサヘッド50と同様である。
In addition, a 90-
[センサヘッド80]
センサヘッド80について図11を用いて説明する。図11(a)はセンサヘッド80の上面図であり、図11(b)はA−A’線におけるセンサヘッド80の断面図である。センサヘッド80は絶縁基板110a、キャップ213、発光素子111及び受光素子112を備える。
[Sensor head 80]
The
キャップ213は出射窓19a及び入射窓19bを有する。出射窓19aの大きさは、300μm−1000μm程度であり、入射窓19bの大きさは100μm−500μm程度であるが、本実施例では双方ともに500μmとして説明する。キャップ213は不透明なプラスチックや金属で形成される。キャップ213がプラスチックで形成される場合、表面を金属のような導電性膜で被覆してもよい。キャップ213をプラスチック射出成型の方法で形成し金属薄膜で表面を被覆すれば大量生産が可能になり、光学センサの製造コストを低減することができる。
The
図11に示すように、発光素子111のカソード(発光面と反対の側)は電気配線184上にはんだ膜を介して接続され、発光素子111は絶縁基板110a上に実装される。発光素子111のアノード(発光面側)はワイヤ169で電気配線185と接続される。受光素子112も発光素子111と同様に絶縁基板110a上に実装される。なお、受光素子112のアノードは電気配線182に接続され、カソードは電気配線183に接続される。なお、符号が同一の電気配線は絶縁基板110a上で繋がっている。
As shown in FIG. 11, the cathode (the side opposite to the light emitting surface) of the
キャップ213は発光素子111及び受光素子112を覆うように絶縁基板110a上に実装される。キャップ213の絶縁基板110a上の位置は、発光素子111からの光が出射窓19aを通過して外部の被検体を照射でき、外部からの光が入射窓19bを通過して受光素子112が受光できる位置とする。
The
キャップ213は導電性を有するため、キャップ213と絶縁基板110a上の電気配線と電気的に導通しないようにキャップ213と電気配線182から電気配線185との接触点はレジスト等の絶縁膜175で覆われている。キャップ213が導電性を有さない場合、絶縁膜175は不要である。
Since the
センサヘッド80は、外部の駆動回路(図示せず)から電流が供給されて発光素子111が発光し、出射窓19aを通じて外部の被検体に光を照射することができる。なお、発光素子111からの光のうちキャップ213内で反射する光を低減するため、キャップ213の発光素子111を覆う側(キャップ213の内側)に反射防止膜を付してもよい。
The
一方、受光素子112は、外部からの光のうち生体情報測定に必要な光のみを入射窓19bを通じて受光し、電気信号に変換して電気配線183に出力する。従って、センサヘッド80は外部の被検体で散乱した散乱光に対応する電気信号を電気配線183から出力する。
On the other hand, the
発光素子111及び受光素子112を電気配線パタンを施しただけの安価な平面の絶縁基板110a上に実装し、さらに発光素子111及び受光素子112を覆うようにキャップ213を実装するだけであり、センサヘッド80は低コストで製造できる。また、センサヘッド80は、図9のセンサヘッド51と同様に、背景からの光を遮蔽するために信号のS/N比が良くなるという長所がある。
The
[センサヘッド90]
センサヘッド90について図12を用いて説明する。図12(a)はセンサヘッド90の上面図であり、図12(b)はA−A’線におけるセンサヘッド90の断面図である。センサヘッド90は絶縁基板110a、キャップ213、発光素子111及び受光素子112を備える。
[Sensor head 90]
The
絶縁基板110aは図11の絶縁基板110aと同様の電気配線パタンを有し、同様の位置に発光素子111及び受光素子112を搭載する。
The insulating
キャップ213は、遮光性を有する部材にて形成され、絶縁基板110a上で受光素子112を覆う。キャップ213の絶縁基板110a上の位置は、発光素子111からの光が光偏向面19cを経由して外部の被検体を照射でき、外部からの光が入射窓19bを通過して受光素子112が受光できる位置とする。キャップ213は、発光素子111からの光を受光素子112が直接に受光することを防止する。さらに、発光素子111を単独に扱う発光素子用キャップ(不図示)を設置すれば、外力による発光素子111の破損を防ぐことができる。また、キャップ213と発光素子用キャップ(不図示)とを一体化して製造工程を低減することができる。
The
キャップ213には、散乱光を通過させる入射窓19bが形成されている。入射窓19bの開口径は、外光が入射しないことが好ましく、例えば、100μm以上500μm以下であることが好ましい。外光の受光素子112への入射を遮り、散乱光を取り込むことができる。また、入射窓19bは、受光素子112に入射させる散乱光の光路と交差する部分に設けられている。本実施形態では、光偏向面19cの上方で散乱光が発生するので、キャップ213の天井部分と発光素子111側の側面部分との境界部分に入射窓19bが形成されている例を示した。入射窓19bは、キャップ213の天井部分に形成されていてもよいし、キャップ213の発光素子111側の側面部分に形成されていてもよい。また、入射窓19bは、空洞になっていてもよいが、散乱光に対して透明な部材がはめこまれていてもよい。透明な部材がはめ込まれていることで、キャップ213内の受光素子112の受光面を保護することができる。
The
発光素子111の配置されている側のキャップ213の側面に、発光素子111からの光を絶縁基板110aの上方に偏向させる光偏向面19cが形成されている。絶縁基板110aの上方とは、発光素子111の搭載されている絶縁基板110aの基板面に対して上方である。光偏向面19cは、発光素子111からの光を絶縁基板110aの上方に偏向させるために、絶縁基板110aの基板面に対して傾斜している。光偏向面19cの傾き角度は、例えば、10°から80°である。光偏向面19cは、絶縁基板110aのうちの発光素子111の搭載されている基板面の法線方向に発光素子111からの光を偏向させることが好ましい。例えば、図12に示すように、光偏向面19cの傾き角度が45°であることが好ましい。光偏向面19cの傾き角度が45°の場合は偏向された出射光が絶縁基板110aから垂直に上方に進行する。このため、照射対象となる血液中の散乱体と絶縁基板110aとの距離が変化しても照射位置が絶縁基板110aからの距離によらないという利点がある。特に、血管の表皮からの深さは、皮下脂肪などの種々の要因によってかなりの個人差がある。この場合に、発光素子111からの出射光を表皮に対して垂直に入射させることができれば、生体情報を安定して測定することができる。
On the side surface of the
光偏向面19cは、発光素子111からの光を偏向させる鏡面又は回折格子であることが好ましい。キャップ213が金属の場合、鏡面は表面を鏡面研磨することで形成することができる。また、キャップ213がプラスチックの場合は、鏡面は、反射性の高い金属である金を蒸着して形成することができる。光偏向面19cは、キャップ213の外表面なので、光偏向面19cの形成は容易である。また、キャップ213に予め光偏向面19cを形成しておくことができるので、センサヘッド90の製造工程を簡略化することができる。
The
[センサヘッド91]
センサヘッド91について図13を用いて説明する。図13(a)はセンサヘッド91の上面図であり、図13(b)はA−A’線におけるセンサヘッド91の断面図である。以下に、センサヘッド90との違いを説明する。
[Sensor head 91]
The
図13に示すセンサヘッド91は、図12に示すセンサヘッド90に加え、遮光性を有する部材にて形成され、絶縁基板110a上で発光素子111を覆う発光素子用キャップ213−1をさらに備える。発光素子用キャップ213−1は不透明であり、キャップ213と同じ素材を用いることができる。発光素子用キャップ213−1の側面のうち、光偏向面19c側に配置されている側面には、発光素子111からの出射光を通過させるための開口部が形成されている。発光素子111の上に1つの側面が開いている発光素子用キャップ213−1があるため、発光素子111からの光は支障なく外部に出射される。従って、図12のセンサヘッド90と同様の効果が得られる。さらに、発光素子111に対する外界からの不慮の衝撃、例えば皮膚が触れて電気的や構造的に破損するなどの事故から発光素子111を守る効果が得られる。
A
[センサヘッド92]
センサヘッド92について図14を用いて説明する。図14(a)はセンサヘッド92の上面図であり、図14(b)はA−A’線におけるセンサヘッド92の断面図である。以下に、センサヘッド91との違いを説明する。
[Sensor head 92]
The sensor head 92 will be described with reference to FIG. FIG. 14A is a top view of the sensor head 92, and FIG. 14B is a cross-sectional view of the sensor head 92 along the line AA ′. Below, the difference with the
センサヘッド92は、図13に示すキャップ213と図13に示す発光素子用キャップ213−1を一体化した一体化キャップ213−2を備える。一体化キャップ213−2は不透明であり、キャップ213と同じ素材を用いることができる。一体化キャップ213−2と絶縁基板110aとで囲まれる空間は、光偏向面19cにより発光素子111が収まる小室と受光素子112が収まる小室に分けられる。キャップ213と発光素子用キャップ213−1に分離されていたものを一体化したことで、実装の手間が1つ減るという利点がある。
The sensor head 92 includes an integrated cap 213-2 in which a
[センサヘッド93a及びセンサヘッド93c]
センサヘッド93a及びセンサヘッド93cについて図15を用いて説明する。図15(a)はセンサヘッド93aの上面図であり、図15(b)はA−A’線におけるセンサヘッド93aの断面図である。図15(c)はセンサヘッド93cの上面図であり、図15(d)はA−A’線におけるセンサヘッド93cの断面図である。以下に、センサヘッド93aとセンサヘッド93cとの違いを説明する。なお、センサヘッド93cと図12のセンサヘッド90とは絶縁基板110a上の電気配線パタンが異なる以外は同様である。また、符号186cは電気配線である。
[
The
センサヘッド93aは、センサヘッド93cの構成に発光素子111と絶縁基板110aとの間に、発光素子111を搭載する台111bをさらに備える。発光素子111の光源位置の高さを上げることにより、光偏向面19cの反射位置が入射窓19bに近くなる。発光素子111からの出射光の光偏向面19cにおける反射点と入射窓19bとの距離Laが、台111bがない場合の距離Lcに比べて近くなる。上面から見ると、出射光の光偏向面19cにおける反射点は事実上の発光位置となるため、上面から見ると、発光位置と受光素子112の受光位置との絶縁基板110aと平行な投影面上での距離はより近くなったことと等価である。発光位置と受光位置との間の距離が遠いほど深い位置の生体情報を取得することができる。もし、表面から浅い部位の生体情報を得たいときは、この実施形態を用いることによって、所望の深さの生体情報を得ることができる。
The
本発明の室内環境制御装置は、乗り物だけでなく、工場や製鉄所の設備を運転する運転室にも設置することができる。また、ゲーム機やパソコンが配置された部屋にも設置することができる。 The indoor environment control device of the present invention can be installed not only in a vehicle but also in a driver's cab for operating facilities in factories and steelworks. It can also be installed in a room where game machines and personal computers are placed.
801〜803 室内環境制御装置
3 ステアリングホイール
11 センサプローブ部
19a 出射窓
19b 入射窓
19c 光偏向面
110 基板
110a 絶縁基板
111、111a 発光素子
111b 台
112 受光素子
113 増幅器
114 アナログ‐デジタル変換器
115 開口部
12 本体部
121 ローパスフィルタ
122 アナログ‐デジタル変換器
123 信号処理回路
124 インターフェース回路
125 電源回路
126 発光素子駆動回路
127 環境コントローラ
13 取付部材
131 取付機構
14 エアコン
151 電気配線
151−1 アナログ信号線
151−2 発光素子駆動線
151−3 電源線
151−4 デジタル信号線
205 電力線
40、50、51、52、80、90、91、92、93a、93c センサヘッド
169 ワイヤ
175 絶縁膜
182〜186 電気配線
187 遮蔽枠
213 キャップ
213−1 発光素子用キャップ
213−2 一体化キャップ
285 90°折り曲げ鏡
287 遮光キャップ
289 孔
401 導波路
404 遮蔽ブロック
900 運転者
A1 散乱強度信号
A2、A3 アナログ信号
D1 デジタル信号
D2、D3 出力
D4 指示信号
P レーザ光
S 散乱光
801-803 Indoor
Claims (8)
運転者が接触することで運転者の体内へレーザ光を照射する発光素子及び運転者の体内から前記レーザ光に基づく散乱光を受光して電気信号を出力する受光素子を有するセンサプローブ部と、
前記センサプローブ部からの前記電気信号から運転者の生体情報を解析し、室内環境を調整する指示信号を出力する本体部と、
を備え、前記センサプローブ部は、前記操作装置に取付部材で固定されていることを特徴とする室内環境制御装置。 An indoor environment control device that adjusts the indoor environment where the driver has an operating device for operating the machine based on the biological information of the driver,
A sensor probe unit having a light emitting element that irradiates a driver's body with laser light by contacting the driver and a light receiving element that receives scattered light based on the laser light from the driver's body and outputs an electrical signal;
Analyzing the driver's biological information from the electrical signal from the sensor probe unit, and outputting an instruction signal for adjusting the indoor environment; and
The indoor environment control device is characterized in that the sensor probe unit is fixed to the operating device with an attachment member.
運転者が接触することで運転者の体内へレーザ光を照射する発光素子及び運転者の体内から前記レーザ光に基づく散乱光を受光して電気信号を出力する受光素子を有するセンサプローブ部と、
前記センサプローブ部からの前記電気信号から運転者の生体情報を解析し、室内環境を調整する指示信号を出力する本体部と、
を備え、前記センサプローブ部は、前記操作装置の運転者が接触する位置に、前記発光素子が運転者の体内にレーザ光を照射でき、前記受光素子が運転者の体内からの散乱光を受光できる向きで埋め込まれていることを特徴とする室内環境制御装置。 An indoor environment control device that adjusts the indoor environment where the driver has an operating device for operating the machine based on the biological information of the driver,
A sensor probe unit having a light emitting element that irradiates a driver's body with laser light by contacting the driver and a light receiving element that receives scattered light based on the laser light from the driver's body and outputs an electrical signal;
Analyzing the driver's biological information from the electrical signal from the sensor probe unit, and outputting an instruction signal for adjusting the indoor environment; and
The sensor probe unit can irradiate the driver's body with laser light at a position where the driver of the operating device contacts, and the light receiving element receives scattered light from the driver's body. An indoor environment control device characterized by being embedded in a possible orientation.
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