JP3727803B2

JP3727803B2 - 生体情報検出装置

Info

Publication number: JP3727803B2
Application number: JP07434699A
Authority: JP
Inventors: 雅俊柳平; 光男安士
Original assignee: Pioneer Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1999-03-18
Filing date: 1999-03-18
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2019-03-18
Also published as: JP2000262481A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、車両や船舶等の操舵ハンドルを操作する操作者の心拍を検出する生体情報検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両や船舶等を操作する操作者の高齢化が進んでいる。このような高齢化社会において、走行中に操作者の不整脈や心拍停止等による事故を防止するため、車両や船舶等の操舵ハンドルに電極を設け、操作者が電極に触れることで操作者の心拍数を検出し、異常な心拍数等を示した場合は、警報を発生するようにした生体情報検出装置が種々提案されている。本出願人は、特願平１０−０５２８１３号において、図９に示す生体情報検出装置を提案している。
【０００３】
かかる生体情報検出装置は、操作者が操舵ハンドル８の左右に設けられた電極１ａ、１ｂに触れると、電極１ａ、１ｂにより検出された操作者の心拍波形を増幅器２で増幅し、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）３及び増幅器４を介してＡ／Ｄ変換器５に供給し、Ａ／Ｄ変換器５でデジタルデータに変換し、ＣＰＵ６に供給する。ＣＰＵ６は、心拍データを算出し、予め図示しないＲＯＭ等に記憶されている操作者の通常時の心拍データと比較し、得られた心拍データと操作者の通常時の心拍データと異なる場合は、異常発生の警告を発生させるようにしている。
【０００４】
上記操舵ハンドル８の電極１ａ、１ｂは、単に金属膜や導電性のある布膜等を操舵ハンドル８に巻き付けて形成したものであり、車両内外で発生する種々の雑音も検出することから、雑音と心拍データとが混在したデータとしてＣＰＵ６に供給される。
【０００５】
そこで、本願の生体情報検出装置は、供給された心拍データと雑音とを区別するため、供給された心拍データを予めＲＯＭ等に記憶されている波形分析プログラムに従って分析することにより雑音と心拍データとを区別している。
【０００６】
また、上記生体情報検出装置は、操舵ハンドル８の回動を検出するため、操舵ハンドル８のスポーク９を支持するハブ１０上に赤外線受光素子１２を配設すると共に、操舵コラム１１上の赤外線受光素子１２と対向する位置に赤外線発光素子１３を配設し、赤外線受光素子１２の出力を駆動回路７を介してＣＰＵ６に供給するようにしている。車両が直線走行をしている場合は、赤外線受光素子１２と赤外線発光素子１３は互いに対向する位置にあるので、赤外線受光素子１２は赤外線発光素子１３からの赤外線を受光し、これを操舵ハンドル８の非回動信号としてＣＰＵ６に供給し、操舵ハンドル８が回動された場合は、操舵ハンドル８の回動に伴いハブ１０が回動するので、赤外線受光素子１２は赤外線発光素子１３の赤外線が受光できなくなり、これを操舵ハンドル８の回動信号としてＣＰＵ６に供給することにより、操作者が操舵ハンドル８を回動しているか否かを検出することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように出願人が先に出願した生体情報検出装置は、操舵ハンドル８に設けられた電極１ａ、１ｂが拾う雑音と操作者の心拍データとを区別するため、波形分析プログラムに従って波形を分析するようにしているが、パルス状に発生する雑音の場合は、心拍データと区別することが難く、誤動作が生じる場合があると共に分析に時間がかかるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、雑音の影響を低減し、正確な心拍波形の計測が行えると共に、操舵ハンドルの回転検出が可能な生体情報検出装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る生体情報検出装置は、操舵ハンドルと、該操舵ハンドルの所定部位に取り付けられた生体情報を検出するための生体情報検出手段と、生体情報検出手段に操作者の両手が接触されているか否かを検出する接触検出手段を備えて構成する。
【００１０】
また、本発明に係る生体情報検出装置は、上記記載の生体情報検出装置であって、生体情報検出手段は少なくとも操舵ハンドルの左右の所定部位に取り付けられた一対の電極よりなり、接触検出手段は一対の生体情報検出手段に操作者の両手が接触されているか否かを検出するように構成する。
【００１１】
また、本発明に係る生体情報検出装置は、上記記載の生体情報検出装置であって、接触検出手段により操作者の両手が生体情報検出手段に接触されていないときに該非接触状態を操作者に通知せしめる通知手段を備えて構成する。
【００１２】
【作用】
本発明の生体情報検出装置は、操舵ハンドルの所定部位に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操作者の両手が接触されているか否かを検出する接触検出手段と、通知手段を設けたので、操作者の両手が生体情報電極に接触されていないときは、通知手段により非接触状態であることを操作者に通知することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態を示す生体情報検出装置のブロック図であり、図を用いて生体情報検出装置１００の構成及び動作を説明する。
【００１４】
本発明の生体情報検出装置は、操舵ハンドル２０の左右の所定部位に一対の基準電極２１ａ、２１ｂ及び検出電極２２ａ、２２ｂが取り付けられ、基準電極２１ａ、２１ｂには基準電位が与えられている。検出電極２２ａ、２２ｂと基準電極２１ａまたは２１ｂは演算回路１４からなる生体情報検出回路に接続されている。すなわち、演算回路１４の非反転入力には検出電極２２ａが接続され、反転入力には検出電極２２ｂが接続され、共通入力（コモン入力）には基準電極２１ａまたは２１ｂが接続されている。
【００１５】
演算回路１４は検出電極２２ａ、２２ｂより得られる信号の差分を算出することにより生体情報としての心拍波形信号を出力する。
【００１６】
また、検出電極２２ａと基準電極２１ａは右手接触検知回路１５に接続され、検出電極２２ｂと基準電極２１ｂは左手接触検知回路１６に接続され、各検知回路の出力（ＨまたはＬ出力）は論理回路１７に入力される。論理回路１７の出力Ｖ０は演算回路１４とＡ／Ｄ変換器１９との間に接続されたスイッチ１８のオン・オフを制御する。
【００１７】
演算回路１４よりの心拍波形出力はＡ／Ｄ変換器１９によりＡ／Ｄ変換され、このデジタルデータが心拍データとして生体情報検出装置全体を制御するＣＰＵ２３に入力される。ＲＯＭ２４には操作者の通常時の心拍数などが予め記憶されており、ＣＰＵ２３に入力された心拍データと比較され、その比較結果に応じて警告音などを発生する通知装置２５が駆動される。
【００１８】
上記一対の検出電極２２ａ、２２ｂ及び基準電極２１ａ、２１ｂは、薄い金属板等で形成された、互いに平行に所定の間隔に隔てて配置されている。即ち、操舵ハンドル２０の右側の基準電極２１ａと検出電極２２ａとで対を成し、操舵ハンドル２０の左側の基準電極２１ｂと検出電極２２ｂとで対を成している。尚、図１は車両のハンドル側から見た図である。各電極２１ａ、２２ａ、２１ｂ、２２ｂにより操作者が操舵ハンドル２０に両手で触れているか否かを検知すると共に、操作者の両手間の電位を心筋活動電位として計測することで操作者の心拍数を検知する。基準電極２１ａ、２１ｂは、基準電位（アース電位）側に接続され、検出電極２２ａ、２２ｂは、前述のように生体情報検出のための演算回路１４に接続される。
【００１９】
図２は図１における右手接触検知回路１５の具体的実施例を示している。なお、左手接触検知回路１６も同様の構成である。図において、検出電極２２ａは抵抗Ｒを通して演算増幅器２７の反転入力に接続され、非反転入力は電圧Ｅが印加され、その出力から反転入力に対して抵抗Ｒにより帰還がかかっている。演算増幅器２７の出力は演算増幅器２８ａ、２８ｂよりなるウインドコンパレータ２８に入力される。すなわち、演算増幅器２８ａの非反転入力と演算増幅器２８ｂの反転入力に演算増幅器２７の出力が接続され、演算増幅器２８ａの反転入力と演算増幅器２８ｂの非反転入力にはそれぞれＥ＋△Ｖ、Ｅ−△Ｖが印加される。各演算増幅器２８ａ、２８ｂの出力は論理回路２９に入力され、論理回路２９よりの出力が右手接触検知回路１５の出力として論理回路１７に入力される。
【００２０】
以上の構成において、動作を説明する。以下、右手接触検知回路１５について説明するが、左手接触検知回路１６の同様である。まず、右手で操舵ハンドル２０を握っていないとき、右手は検出電極２２ａと基準電極２１ａに接触していないので、両電極２１ａ、２２ａ間はオープンしている。これにより、演算増幅器２７の出力から反転入力側には電流が流れないので、演算増幅器２７の出力電圧Ｖ１はＶ１＝Ｅとなる。
【００２１】
次に右手で操舵ハンドル２０を握っているときは、右手が検出電極２２ａと基準電極２１ａに接触しているので、両電極２１ａ、２２ａ間は所定インピーダンスで導通する。これにより、演算増幅器２７の出力から抵抗Ｒを通して反転入力側に電流ｉが流れ、演算増幅器２７の出力電圧Ｖ１はＶ１＝Ｅ＋ｉＲとなる。
【００２２】
この演算増幅器２７の出力電圧Ｖ１がウインドコンパレータ２８を構成する演算増幅器２８ａと２８ｂの非反転入力と反転入力に加わる。ここで、図３に示す如く、右手が接触していないときは、Ｖ１（＝Ｅ）が加わるので、演算増幅器２８ａの反転入力電圧（Ｅ＋ΔＶ）＞非反転入力電圧（Ｅ）となり、出力はＬ出力となる。また、演算増幅器２８ｂの反転入力電圧（Ｅ）＞非反転入力電圧（Ｅ−△Ｖ）となり、出力はＬ出力となる。つまり、右手が接触していないときは演算増幅２８ａ、２８ｂの出力は共にＬ出力となる。
【００２３】
一方、右手が接触しているときは、Ｖ１＝Ｅ＋ｉＲが加わるので、上記の大小関係が逆となり、演算増幅器２８ａと２８ｂの出力は共にＨ出力となる。
【００２４】
この演算増幅器２８ａと２８ｂの出力が論理回路２９により論理演算されることにより、右手接触検知回路１５の出力は、右手が接触されていないときはＬ出力が発生し、接触されているときはＨ出力が発生する。
【００２５】
一方、左手接触検知回路１６の出力も同様に左手が接触されていないときはＬ出力が発生し、接触されているときはＨ出力が発生する。そこで、論理回路１７によりこれらの両出力の論理積をとることにより、その出力Ｖ０は、少なくとも左右どちら一方の手が操舵ハンドル２０を握っていないときにＬ出力となり、両手で握っているときにＨ出力となる。
【００２６】
スイッチ１８は、論理回路１７の出力がＨのときにオン状態となる。すなわち、操作者が両手で電極２１ａ、２２ａおよび２１ｂ、２２ｂに接触した状態でオンするので、スイッチ１８を通して演算回路１４より出力される心拍波形信号がＡ／Ｄ変換器１９に供給され、デジタルデータに変換されてＣＰＵ２３に供給される。ＣＰＵ２３は論理回路１７よりの出力によりスイッチ１８がオンしたことを検出するとデジタルデータを読み取り、操作者の心拍数を計測する。
【００２７】
図４は本発明にかかる第２の実施形態を示し、図１と同一部分は同一符号を付記する。図４においては、検出電極２２ａ、２２ｂを左右の手の接触検知用としてのみ用い、新たに生態情報検出用として一対の電極２６ａおよび２６ｂを検出電極２２ａ、２２ｂの外側に設けたものである。すなわち、検出電極２２ａ、２２ｂと基準電極２１ａ、２１ｂは図１と同様にそれぞれ右手接触検知回路１５と左手接触検知回路１６に接続され、検出電極２６ａ、２６ｂと基準電極２１ａまたは２１ｂが演算回路１４に接続される。
【００２８】
かかる構成において、検出電極２２ａ、２２ｂと基準電極２１ａ、２１ｂおよび右手接触検知回路１５と左手接触検知回路１６により左右両手のハンドルに対する接触状態を検知すると共に、検出電極２６ａ、２６ｂ、基準電極２１ｂおよび演算回路１４により操作者の心拍を検出する。以下、検出後の動作は図１と同様である。図１に示す実施形態では、各電極２２ａ、２２ｂおよび２１ａ、２１ｂに両手が接触すると、前述の如くこの電極に電流ｉが電極に流れるため、電流ｉによって正確な心拍波形信号が得られない場合も考えられるが、図４の構成においては両手の接触検知用電極と生体情報検出用の電極とを各別に設けているので生体情報を検出する際に接触検知時に発生する電流ｉの影響がなく、より正確な心拍波形信号が得られる。
【００２９】
次に、本発明にかかる第３実施形態を図５と共に説明する。この図５の構成において、図４の構成と同一部分は同一符号を付記する。第２実施形態では、基準電極と接触検知電極の少なくともいずれか一方を複数の電極に分割して構成したものであり、図５に示すものは接触検知用の電極を複数の電極に分解して構成した場合を示している。
【００３０】
すなわち、接触検知用の電極は８個の検出電極２２ａ〜２２ｈで構成し、右側（図中左側）には、基準電極２１ａと対向する位置に４個の検出電極２２ａ〜２２ｄを等間隔で配置し、左側（図中右側）には、基準電極２１ｂと対向する位置に４個の検出電極２２ｅ〜２２ｈを等間隔で配置する。また、生体情報検出として検出電極２２ａ〜２２ｄと２２ｅ〜２２ｈの外側に左右一対の検出電極２６ａ、２６ｂを配置する。
【００３１】
それぞれの検出電極２２ａ〜２２ｈは、基準電極２１ａ、２１ｂと共に右手接触検知回路１５ａ〜１５ｄおよび右手接触検知回路１６ｅ〜１６ｈに接続され、各出力がＣＰＵ２３に入力され、ＣＰＵ２３の演算結果によりスイッチ１８のオン・オフが制御される。
【００３２】
かかる構成において、右手接触検知回路１５ａ〜１５ｄおよび左手接触検知回路１６ｅ〜１６ｈは、各検出電極２２ａ〜２２ｈが操作者の手で接触されると、前述の如く出力Ｈを発生し、接触していないと出力Ｌが発生する。ＣＰＵ２３は各接触検知回路の出力を８ビットのデジタルデータとして処理し、操舵ハンドル２０の左側電極から順に重み付け（２⁰〜２⁷）を行い各接触検知回路の出力１５ａ〜１５ｄおよび１６ｅ〜１６ｈを順にＤ０〜Ｄ７とする。このデジタルデータを１０進データとして表すとすると、図６に示すように、操作者が操舵ハンドル２０を回転操作することにより変化する。図６は、直進走行しており操舵ハンドル２０が回転していない状態、右にカーブして操舵ハンドル２０を右に回転している状態および左にカーブして操舵ハンドル２０を左に回転している状態の例を示している。
【００３３】
そこで、ＣＰＵ２３は各接触検知回路の出力より操舵ハンドル２０が回転していない直進走行状態であるのか、操舵ハンドル２０を回転してカーブを走行している状態であるかを判断する。
【００３４】
たとえば、操作者が直進走行の際に両手で接触する検知用の検出電極の出力をＤ１およびＤ６とすると、ＣＰＵ２３に入力されるデータＤ０〜Ｄ７が、所定期間において継続してＤ１とＤ６がＨで他がＬであると判別されると（１０進データでＤ１＋Ｄ６＝２＋６４＝６６）、操舵ハンドル２０を回転していない直進走行状態であると判別してスイッチ１８をオンにし、演算回路１４より得られる心拍波形データをＡ／Ｄ変換器１９に入力する。以下、前述の心拍数による異常判別を行う。
【００３５】
また、所定期間内にデータＤ１、Ｄ６がＨ以外の出力が発生しているときは、操舵ハンドル２０を回転している状態であると判断して両手が接触していてもスイッチ１８をオフにして心拍数を検出しないようにする。
【００３６】
さらに、所定時間継続してデータＤ１あるいはＤ６のみ発生しているときには、操作者が直進走行中でありかつ左手または右手が操舵ハンドル２０を握っていないと判別して通知装置２５により注意を促す。
【００３７】
かかる実施形態によれば、一般に、操作者の心拍は直進走行しているときに通常の心拍が得られ、左折や右折などの車両をカーブするときには通常と異なる心拍となるので、車両の走行状態に応じた最適な心拍データを検出できる。
【００３８】
なお、各実施形態において、生体情報を検出するための演算回路１４の前段に検出電極２２ａ、２２ｂよりの信号を増幅するための増幅器を接続してもよい。また、演算回路１４の後段には主に高域成分のノイズを除去するためのローパスフィルタを接続するようにしてもよい。
【００３９】
なお、上述したように、本発明の生体情報検出装置は、一対の電極が操舵ハンドル２０の左右の所定部位に薄い金属板等で形成された基準電極２１ａ、２１ｂと検出電極２２ａ、２２ｂとにより構成され、互いに平行に配置された構成で説明したが、図７に示すように、基準電極２１ａ、２１ｂをＵ字状に形成し、この基準電極２１ａ、２１ｂで検出電極２２ａ、２２ｂを囲むように構成すれば、検出電極２２ａ、２２ｂに対する遮蔽効果が増し、操作者が電極２１ａ〜２２ｂに触れない場合でも車両内外の雑音が低減される。また、操作者が電極２１ａ〜２２ｂに触れた場合には、操作者の手による遮蔽効果がより改善される。
【００４０】
また、図８に示すように、金属箔等により形成された基準電極２１ａ、２１ｂと検出電極２２ａ、２２ｂとがフイルム上に積層された形態のものを用いれば、操舵ハンドル２０上に巻き付けることが可能となり、取り付けが容易で、装着性に優れた形態とすることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、生体情報検知手段を取り付けた操舵ハンドルを、操作者が両手で握っているか否かを検出することにより、生体情報を誤動作なく正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による生体情報検出装置の説明に用いたブロック図。
【図２】本発明の第１実施形態による生体情報検出装置の一部詳細説明に用いた図。
【図３】本発明の実施形態にかかる動作を説明するための図。
【図４】本発明の第２実施形態による生体情報検出装置の説明に用いた図。
【図５】本発明の第３実施形態による生体情報検出装置の説明に用いた図。
【図６】本発明の実施形態にかかる動作を説明するための図。
【図７】本発明の他の実施形態による生体情報検出装置の説明に用いた図。
【図８】本発明の他の実施形態による生体情報検出装置の説明に用いた図。
【図９】本出願人が先に出願した生体情報検出装置の説明に用いた図。
【符号の説明】
１４・・・演算回路
１５、１５ａ〜１５ｄ・・・右手接触検知回路
１６、１６ｅ〜１６ｈ・・・左手接触検知回路
１７・・・論理回路
１８・・・スイッチ
１９・・・Ａ／Ｄ変換器
２０・・・操舵ハンドル
２１ａ、２１ｂ・・・基準電極
２２ａ、２２ｂ・・・検出電極
２３・・・ＣＰＵ
２４・・・ＲＯＭ
２５・・・通知装置
２６ａ、２６ｂ・・・検出電極
２７・・・演算増幅器
２８・・・ウインドコンパレータ
２９・・・論理回路

Claims

操舵ハンドルと、
該操舵ハンドルの所定部位に取り付けられた、該操舵ハンドルを操作する操作者の生体情報を検出する生体情報検出手段と、
前記生体情報検出手段に前記操作者の一方の手が接触されているか否かを検出する第１の検出手段と、
前記生体情報検出手段に前記操作者の他方の手が接触されているか否かを検出する第２の検出手段と、
を備え、
前記生体情報検出手段は、前記第１の検出手段によって検出された結果および前記第２の検出手段によって検出された結果に基づいて、前記一方の手が前記操舵ハンドルに接触されていることが検出されかつ前記他方の手が前記操舵ハンドルに接触していることが検出されている間のみ、前記操作者の生体情報の検出をおこなうことを特徴とする生体情報検出装置。
さらに、前記操舵ハンドルの回転操作状態を検出する第３の検出手段を備え、
前記生体情報検出手段は、前記第３の検出手段によって検出された結果に基づいて、前記操舵ハンドルが回転操作がなされている場合は、前記操作者の生体情報の検出をおこなわないことを特徴とする請求項１に記載の生体情報検出装置。
前記生体情報検出手段は少なくとも前記操舵ハンドルの左右の所定部位に取り付けられた一対の電極よりなることを特徴とする請求項１または２に記載の生体情報検出装置。
前記一対の電極は、一方の電極が他方の電極を囲むようにＵ字状に形成することを特徴とする請求項３に記載の生体情報検出装置。
前記一対の電極は、フィルム上に積層されたことを特徴とする請求項３または４に記載の生体情報検出装置。
前記接触検出手段により前記操作者の少なくともいずれか一方の手が前記生体情報検出手段に接触されていないことを前記操作者に通知せしめる通知手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の生体情報検出装置。