特開 2024-66866 生体情報検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024066866

(43)【公開日】2024-05-16

(54)【発明の名称】生体情報検出装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/11 20060101AFI20240509BHJP

   B60N 2/90 20180101ALI20240509BHJP

   A47C 7/62 20060101ALI20240509BHJP

【ＦＩ】

A61B5/11 200

B60N2/90

A47C7/62 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022176637

(22)【出願日】2022-11-02

(71)【出願人】

【識別番号】000241500

【氏名又は名称】トヨタ紡織株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504160781

【氏名又は名称】国立大学法人金沢大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】金田 浩二

(72)【発明者】

【氏名】藤川 直樹

(72)【発明者】

【氏名】小松崎 俊彦

【テーマコード（参考）】

3B084

3B087

4C038

【Ｆターム（参考）】

3B084JC01

3B087DE09

3B087DE10

4C038VA04

4C038VB29

4C038VB33

4C038VB35

4C038VC20

(57)【要約】

【課題】 複雑な処理工程を実行することなく、生体情報を検出可能な生体情報検出装置の一例を開示する。
【解決手段】 生体情報を検出するための第１センサ１１と、シート１の振動を検出するための第２センサ１２とを備え、第１センサ１１の出力値と第２センサ１２の出力を実数倍した値との差分を利用して生体情報を検出する。さらに、第２センサ１２は、第１センサ１１より逆向き側にずれた位置であって、かつ、シートのクッション材３２より逆向き側にずれた位置に配置されていることである。なお、「逆向き」とは、入力方向において、シートの表面から当該シートの裏面に向かう向きをいう。入力方向とは、第１センサ１１が配置された部位を通り、シートの表面と略直交する仮想線Ｌｏと平行な方向をいう。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シートに着席している着席者の生体情報を取得可能な生体情報検出装置において、
前記シートに設けられた第１センサであって、生体情報を検出するための第１センサと、
前記シートの振動を検出するための第２センサと、
前記第１センサの出力値と前記第２センサの出力を実数倍した値との差分、又は前記第１センサの出力値を実数にて除算した値と前記第２センサの出力値との差分を利用して生体情報を出力する生体情報演算部とを備え、
前記第１センサが配置された部位を通り、前記シートの表面と略直交する仮想線と平行な方向を入力方向とし、当該入力方向において、前記シートの表面から当該シートの裏面に向かう向きを「逆向き」としたとき、
前記第２センサは、前記第１センサより逆向き側にずれた位置であって、かつ、前記シートのクッション材より逆向き側にずれた位置に配置されている生体情報検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、着席者の生体情報を検出する生体情報検出装置に関する。なお、生体情報とは、例えば、呼吸数や心拍数等の生体が発する情報をいう。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１に記載の発明では、生体情報センサと、外来振動を検出する加速度センサを有している。そして、当該発明では、加速度センサの検出値を利用してノイズ成分を推定した後、生体情報センサの検出値から当該ノイズ成分を除去することにより、生体情報を検出している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－１３６９８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の発明では、加速度センサの検出値からノイズ成分を推定するために、複雑な処理工程が必要となるので、当該処理を実行するための演算装置が必要である。
本開示は、上記点に鑑み、複雑な処理工程を実行することなく、生体情報を検出可能な生体情報検出装置の一例を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

シート（１）に着席している着席者の生体情報を取得可能な生体情報検出装置は、例えば、以下の構成要件のうち少なくとも１つを備えることが望ましい。
すなわち、当該構成要件は、シートに設けられた第１センサ（１１）であって、生体情報を検出するための第１センサ（１１）と、シート（１）の振動を検出するための第２センサ（１２）と、第１センサ（１１）の出力値と第２センサ（１２）の出力を実数倍した値との差分、又は第１センサ（１１）の出力値を実数にて除算した値と第２センサ（１２）の出力値との差分を利用して生体情報を出力する生体情報演算部（１３）とを備え、第２センサ（１２）は、第１センサ（１１）より逆向き側にずれた位置であって、かつ、シートのクッション材（３２、５２）より逆向き側にずれた位置に配置されていることである。

【0006】

なお、「逆向き」とは、入力方向において、シートの表面から当該シートの裏面に向かう向きをいう。入力方向とは、第１センサ（１１）が配置された部位を通り、シートの表面と略直交する仮想線（Ｌｏ）と平行な方向をいう。

【0007】

そして、第２センサ（１２）がシートのクッション材（３２、５２）より逆向き側にずれた位置に配置されているので、呼吸数や心拍数等の生体が発する振動がクッション材（３２、５２）等により吸収・遮断される。このため、第２センサ（１２）は、主に、シートに入力する外来振動を検出し、生体情報に起因するシートの振動を検出しない。

【0008】

このため、第１センサ（１１）の出力値と第２センサ（１２）の出力を実数倍した値との差分、又は第１センサ（１１）の出力値を実数にて除算した値と第２センサ（１２）の出力値との差分の絶対値は、概ね呼吸数や心拍数等の生体が発する振動、つまり生体情報となる。

【0009】

また、外来振動は、概ね、入力方向に沿ってシートの裏面から当該シートの表面に向かって伝達されていく。そして、当該生体情報検出装置では、第２センサ（１２）が第１センサ（１１）に対して入力方向にずれている。

【0010】

このため、第１センサ（１１）が検出する外来振動と第２センサ（１２）が検出する外来振動との位相差が小さくなる。したがって、当該生体情報検出装置では、複雑な処理工程を実行することなく、生体情報を検出することが可能となる。

【0011】

因みに、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的構成等との対応関係を示す一例であり、本開示は上記括弧内の符号に示された具体的構成等に限定されない。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１実施形態に係る乗物用シートを示す図である。

【図2】第１センサ及び第２センサの配置関係を示す図である。

【図3】第１実施形態に係る生体情報検出装置のブロック図である。

【図4】第１実施形態に係る第２センサの分解図である。

【図5】第１検出値を示すグラフである。

【図6】第２検出値を示すグラフである。

【図7】第１検出値と第２検出値とを重ね合わせたグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下の「発明の実施形態」は、本開示の技術的範囲に属する実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的構成や構造等に限定されない。

【0014】

本実施形態は、車両等の乗物に搭載されるシート（以下、乗物用シートという。）に本開示に係る生体情報検出装置が適用された例である。各図に付された方向を示す矢印及び斜線等は、各図相互の関係及び部材又は部位の形状等を理解し易くするために記載されたものである。

【0015】

したがって、当該生体情報検出装置は、各図に付された方向に限定されない。各図に示された方向は、本実施形態に係る乗物用シートが車両に組み付けられた状態における方向である。

【0016】

少なくとも符号が付されて説明された部材又は部位は、「１つの」等の断りがされた場合を除き、少なくとも１つ設けられている。本開示に示された生体情報検出装置は、少なくとも符号が付されて説明された部材又は部位等の構成要素、並びに図示された構造部位のうち少なくとも１つを備える。

【0017】

（第１実施形態）
＜１．乗物用シートの概要＞
乗物用シート１は、図１に示されるように、シートクッション３及びシートバック５等を少なくとも備える。シートクッション３は着席者の臀部を支持するための部位である。シートバック５は着席者の背部を支持するための部位である。

【0018】

シートクッション３及びシートバック５それぞれは、フレーム３１、５１及びクッション材３２、５２等を少なくとも有する。フレーム３１、５１は骨格を構成する強度部材である。本実施形態に係るフレーム３１、５１は、ＳＰＣＣやＳＰＨＣ等の鋼板製である。

【0019】

クッション材３２、５２は、弾性的に変形可能な部材である。具体的には、当該クッション材３２、５２は、発泡ウレタン等の発泡樹脂製である。シートクッション３のクッション材３２は、例えば、複数のＳばね３３（図２参照）により支持されている。

【0020】

各Ｓばね３３は、波状に形成されたばねである。そして、各Ｓばね３３は、フレーム３１に保持されている。なお、図２は、シートクッション３をシート前後方向と直交する断面を示す。

【0021】

＜２．生体情報検出装置＞
＜２．１ 生体情報検出装置の構成＞
生体情報検出装置１０は、図３に示されるように、第１センサ１１、第２センサ１２及び生体情報演算部１３等を少なくとも備える。

【0022】

＜第１センサ＞
第１センサ１１は、乗物用シート１、つまりシートクッション３又はシートバック５（本実施形態では、シートクッション３）に設けられ（図２参照）、生体情報を検出するためのセンサである。

【0023】

本実施形態に係る第１センサ１１は、圧電効果を利用した薄膜状の圧力センサにて構成されている。当該第１センサ１１は、図２に示された仮想線Ｌｏと平行な方向（以下、入力方向という。）の圧力を主に検出する。

【0024】

つまり、第１センサ１１は、薄膜状の膜面と略直交する方向（以下、主検出方向という。）が入力方向と一致するようにシートクッション３に配置されている。なお、仮想線Ｌｏは、第１センサ１１が配置された部位を通り、シート表面と略直交する仮想の線である。

【0025】

第１センサ１１は、着席者の自重によって発生する圧力の方向が主検出方向と略一致する部位に配置されている。このため、圧力の方向が主検出方向と略一致していれば、第１センサ１１は、シート表皮（図示せず。）の表面もしくは裏面、又はクッション材３２の中であってもよい。

【0026】

そして、呼吸数や心拍数等に起因する圧力振動、つまり生体情報が第１センサ１１に入力されると、第１センサ１１は、当該圧力振動に応じた値（本実施形態では、電圧）を出力する。つまり、この出力電圧の変化が生体情報として第１センサ１１から出力される。

【0027】

＜第２センサ＞
第２センサ１２は、乗物用シート１の振動、つまり車体から乗物用シート１に入力される振動（以下、入力振動という。）を検出するためのセンサである。本実施形態に係る第２センサ１２は、第１センサ１１に用いられた薄膜状の圧力センサにて構成されている。

【0028】

具体的には、図４に示されるように、第２センサ１２は、薄膜状の圧力センサ１２Ａ、錘１２Ｂ、スラブ１２Ｃ及びケース部材１２Ｄ、１２Ｅ等を少なくとも有する。錘１２Ｂは、着席者の質量に比べて十分に小さい（例えば、２０ｇ）質量を有するものである。

【0029】

そして、錘１２Ｂに主検出方向の加速度が作用すると、錘１２Ｂは、その加速度に比例する慣性力を圧力センサ１２Ａに作用させる。つまり、第２センサ１２は、入力振動に応じた値（本実施形態では、電圧）を出力する。

【0030】

圧力センサ１２Ａは、圧力センサ１２Ａの主検出方向が第１センサ１１の主検出方向と平行となるように配置されている。換言すれば、圧力センサ１２Ａは、圧力センサ１２Ａの主検出方向と入力方向とが一致するように配置されている。

【0031】

このため、錘１２Ｂは、主に主検出方向に変位し、主検出方向と交差する方向に変位することが規制されている。具体的には、ケース部材１２Ｄに錘１２Ｂの変位方向を案内する案内部（図示せず。）が設けられている。

【0032】

スラブ１２Ｃは、錘１２Ｂを変位可能に支持する弾性部材である。具体的には、スラブ１２Ｃは、発泡樹脂にて構成されている。ケース部材１２Ｄ、１２Ｅは、圧力センサ１２Ａ、錘１２Ｂ及びスラブ１２Ｃを収納する。

【0033】

なお、スラブ１２Ｃは、ケース部材１２Ｅにより変位が規制された状態で、当該ケース部材１２Ｅに保持されている。ケース部材１２Ｄとケース部材１２Ｅとは、接着又はネジ等にて一体化されている。

【0034】

＜生体情報演算部＞
生体情報演算部１３は、少なくとも第１センサ１１の出力値（以下、第１出力値ともいう。）と第２センサ１２の出力を実数倍した値（以下、第２出力値ともいう。）との差分を利用して生体情報を演算する演算ユニットである。

【0035】

なお、第２出力値は、「第２センサ１２の出力を実数倍した値」と相関関係がある値である。具体的には、当該第２出力値は、（１）第２センサ１２の出力値をそのまま実数倍した値、（２）第２センサ１２の出力値をそのままを実数倍した値にバンドパス処理を施した値、又は（３）第２センサ１２の出力値にバンドパス処理を施した後、その処理後の値を実数倍した値等である。

【0036】

そして、生体情報演算部１３は、第１出力値から第２出力値を減算した値を生体情報として出力する。なお、本実施形態では、出力された生体情報は、車両の運転支援のためのパラメータとして利用される。

【0037】

本実施形態に係る「実数」は、試験や大型計算機による数値シミレーション等により決定される値である。因みに、第２出力値として、第２センサ１２の出力値が実数倍された値が採用されている理由は、以下の通りである。

【0038】

すなわち、入力振動に起因して第１センサ１１に作用する力は、着席者を質量とする慣性力である。これに対して、入力振動に起因して圧力センサ１２Ａに作用する力は、錘１２Ｂを質量とする慣性力である。

【0039】

そして、錘１２Ｂの質量は、着席者の質量に比べて十分に小さい。このため、第２センサ１２の出力値そのままの絶対値は、第１センサ１１の出力の絶対値に比べて小さく、入力振動を十分に相殺することができないからである。

【0040】

＜２．２ 第１センサと第２センサとの配置関係（図２参照）＞
第１センサ１１は、着席者の自重によって発生する圧力を検出可能な部位に配置されている。具体的には、本実施形態に係る第１センサ１１は、例えば、シートクッション３のシート表皮の裏面、つまりシート表皮とクッション材３２との間に配置されている。

【0041】

第２センサ１２は、第１センサ１１より逆向き側にずれた位置であって、かつ、クッション材３２より逆向き側にずれた位置に配置されている。なお、「逆向き」とは、入力方向において、シートの表面から当該シートの裏面に向かう向きをいう。

【0042】

具体的には、第２センサ１２は、第１センサ１１より下側にずれた位置であって、かつ、クッション材３２より下側にずれた位置に配置されている。つまり、図２においては、入力方向が上下方向と一致するため、「逆向き」とは、「下向き」と一致する。

【0043】

なお、本実施形態では、第２センサ１２は、Ｓばね３３に固定された樹脂板３４に装着されている。このため、第２センサ１２、つまり圧力センサ１２Ａは、クッション材３２から離間した位置であって、当該クッション材３２を挟んで第１センサ１１と反対側に配置されている。

【0044】

＜３．本実施形態に係る生体情報検出装置の特徴＞
本実施形態に係る生体情報検出装置１０では、第２センサ１２がクッション材３２より逆向き側にずれた位置に配置されている。これにより、呼吸数や心拍数等の生体が発する振動は、クッション材３２等により吸収・遮断され得る。

【0045】

なお、クッション材３２等とは、例えば、クッション材３２、Ｓばね３３、樹脂板３４、及びクッション材３２と第２センサ１２との空隙をいう。したがって、当該位置に配置された第２センサ１２は、主に、入力振動を検出し、生体情報に起因する振動を検出しない。

【0046】

すなわち、図５は、入力振動が０、つまり車両が停止しているときの第１出力値の変化を示す実験値である。したがって、図５のグラフは、生体情報及び電磁ノイズを示す。図６は、入力振動が０、つまり車両が停止しているときの第２出力値の変化を示す実験値である。したがって、図６のグラフは電磁ノイズを示す。

【0047】

電磁ノイズの影響が除去された状態で図５と図６とを比較すると、第２出力値には、第１出力値、つまり生体情報の影響が殆ど観測されない。したがって、上記位置に配置された第２センサ１２は、主に、入力振動を検出し、生体情報に起因する振動を検出しない。

【0048】

また、入力振動は、概ね、入力方向に沿ってシートの裏面から当該シートの表面に向かって伝達されていく。そして、本実施形態に係る第２センサ１２は、第１センサ１１に対して入力方向にずれている。

【0049】

このため、図７に示されるように、第１センサ１１が検出する入力振動と第２センサ１２が検出する入力振動との位相差が小さくなる、なお、図７に示された第１出力値及び第２出力値は、バンドパス処理後の値を示している。

【0050】

以上により、第１センサ１１の出力値と第２センサ１２の出力を実数倍した値との差分の絶対値は、概ね呼吸数や心拍数等の生体が発する振動、つまり生体情報となる。したがって、当該生体情報検出装置１０では、複雑な処理工程を実行することなく、生体情報を検出することが可能となる。

【0051】

（その他の実施形態）
上述の実施形態に係る生体情報演算部１３は、第１センサ１１の出力値と第２センサ１２の出力を実数倍した値との差分を利用して生体情報を演算した。しかし、本開示はこれに限定されない。

【0052】

すなわち、当該開示は、例えば、生体情報演算部１３は、第１センサ１１の出力値を実数にて除算した値と第２センサ１２の出力値との差分を利用して生体情報を演算する構成であってもよい。

【0053】

なお、第１出力値は、第１センサ１１の出力値そのままを実数にて除算した値、第１センサ１１の出力値そのままを実数にて除算した値にバンドパス処理を施した値、又は第１センサ１１の出力値にバンドパス処理を施した後、その処理後の値を実数にて除算した値等の「第１センサ１１の出力を実数にて除算した値」と相関関係がある値であればよい。

【0054】

上述の実施形態では、第１センサ１１と第２センサ１２とが、概ね仮想線Ｌｏ上に位置するように配置されていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、主検出方向が入力方向と一致した状態で、第１センサ１１と第２センサ１２とが入力方向にずれていれば十分である。

【0055】

つまり、（１）入力方向及び主検出方向と直交する仮想平面に投影された第１センサ１１と当該仮想平面に投影された第２センサ１２とが重なる場合、（２）当該投影された第１センサ１１と当該投影された第２センサ１２とが重ならない場合のいずれであってもよい。

【0056】

上述の実施形態では、１つの第１センサ１１及び１つの第２センサ１２を備えていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、第１センサ１１及び第２センサ１２のうち少なくとも一方のセンサが複数であってもよい。

【0057】

上述の実施形態では、第１センサ１１及び第２センサ１２がシートクッション３に配置されていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、第１センサ１１のシートバック５の表面に配置され、第２センサ１２がシートバック５の裏面側に配置されていてもよい。なお、当該構成における入力方向は、シート前後方向に対して傾いた方向となる。

【0058】

上述の実施形態に係る第２センサ１２は、Ｓばね３３に固定された樹脂板３４に装着されていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、フレーム３１や車体に装着された構成であってもよい。

【0059】

上述の実施形態に係る第１センサ１１及び第２センサ１２は、圧電効果を利用した圧力センサにて構成されていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、その他の方式の圧力センサ又は加速度センサにて構成されていてもよい。

【0060】

上述の実施形態では、車両に本開示に係る乗物用シートを適用した。しかし、本明細書に開示された発明の適用はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、鉄道車両、船舶及び航空機等の乗物に用いられるシート、並びに劇場や家庭用等に用いられる据え置き型シートにも適用できる。

【0061】

さらに、本開示は、上述の実施形態に記載された開示の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されない。したがって、上述した複数の実施形態のうち少なくとも２つの実施形態が組み合わせられた構成、又は上述の実施形態において、図示された構成要件もしくは符号を付して説明された構成要件のうちいずれかが廃止された構成であってもよい。

【符号の説明】

【0062】

１… 乗物用シート
３… シートクッション
５… シートバック
１０… 生体情報検出装置
１１… 第１センサ
１２… 第２センサ
１３… 生体情報演算部
３１… フレーム
３２… クッション材
３３… Ｓばね
３４… 樹脂板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】