JPH0147175B2

JPH0147175B2 -

Info

Publication number: JPH0147175B2
Application number: JP58225794A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ikeyama
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Shinsangyo Kaihatsu KK
Current assignee: Shinsangyo Kaihatsu KK; Aisin Corp
Priority date: 1983-11-30
Filing date: 1983-11-30
Publication date: 1989-10-12
Also published as: JPS60116326A

Description

【発明の詳細な説明】

［技術分野］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、人の心拍に応じた
電気信号を出力するセンサをステアリングホイー
ルに備える車上心拍計に関する。［従来技術］車輌を運転する場合、ドライバの健康状態が好
ましくないと、事故をひきおこす可能性が高い。
たとえば、長時間休みなく運転を続ける場合に
は、疲労が蓄積して健康状態が悪化し、集中力の
低下等が生ずる。人の健康状態を知りうる１つのバロメータとし
て心拍数がある。心拍数を測定する装置として
は、最近では携帯用の小型の心拍計が売られてい
る。この種の心拍計はどこにでも持ち運べる反
面、測定精度が低い。又、たとえば、車を運転す
るドライバが自分の健康状態を知ろうとして、そ
のような心拍計を仮に車輌に持ち込んだとして
も、心拍の測定は車輌を停止させた状態で行なわ
ざるを得ない。すなわち、この種の一般の心拍計では、発光ダ
イオードとフオトダイオード等を基板上に突出さ
せて反射型フオトセンサを構成し、このセンサを
人の指の腹の部分に当て、更に外来光の影響をな
くするために、センサと指を黒色のスポンジ等で
覆うようになつているため、これを指に装着した
状態ではドライバは運転ができない。しかも、こ
の種のセンサを用いたものでは、測定中に指を動
かすとセンサと指との位置がずれて測定ができな
くなるため、被測定者は安静を要求される。そこで、本出願人はステアリングホイールに心
拍検出用センサを備えることにより、車輌の運転
をしながらでも心拍を測定できるようにした車上
心拍計（特願昭57−132847号）を提案した。しか
しながらこれにおいても、心拍測定を行なうに
は、ステアリングホイール上のセンサの部分に指
先を押し付けてその状態を維持しなければ心拍信
号を得ることができないため、運転中の測定では
違和感があり、普通に運転を行なおうとすると指
先がセンサから浮いて測定が中断する。［目的］本発明は、ドライバが自然に運転を行なつてい
る状態でも、自動的に心拍を測定できる車上心拍
計を提供することを目的とする。［構成］上記目的を達成するため、本発明においては、
心拍検出手段を、その光軸がステアリングホイー
ルの軸方向の上方に向いた状態でステアリングホ
イールに配置する。これにより、ドライバが通常
の運転状態でステアリングホイールを握る時に、
心拍検出手段の光軸が、ドライバの手の平と対向
する。つまり、本発明では、ドライバの手の平か
ら心拍信号を検出する。指は面積が小さいから、これをステアリングホ
イールの所定位置に押し付けた状態で車輌の運転
を行なうのでは、手が不自然な位置に固定される
ので、違和感が生ずる。しかし、手の平の部分で
心拍を検出できれば、手の平は面積が大きいので
センサ位置に対して手の位置を動かす余裕がで
き、自然な状態で車輌の運転を続けながら心拍測
定ができる。しかも、心拍検出手段から手が浮いて両者の間
に隙間ができる場合でも、心拍検出手段が手で覆
われるので、外来光は手で遮蔽されて心拍検出手
段に入射しない。従つて、外来光の影響を受けず
に心拍測定ができる。しかしながら、手の平の部分では指先のように
比較的浅い位置に血管が集中していないし、手の
平の部分はステアリングホイールから浮き易いの
で、従来の検出器では手の平から心拍信号を取り
出すことができない。そこで、本発明において
は、発光素子の周囲にそれを囲むように複数の受
光素子を配置し、発光素子と受光素子の光軸を実
質上同一の方向に向けるように構成した検出部を
ステアリングホイール上に少なくとも１つ設け
る。これによれば、手の平の部分から心拍信号を
取り出すことができ、運転中でも自然な状態で心
拍測定ができる。車輌の運転中には、進行方向を変える場合等に
ステアリングホイールと手の位置関係を変えたい
ことがある。また各々のドライバによつてステア
リングホイールを握る位置はまちまちである。そ
こで、本発明においては、ドライバがステアリン
グホイールのどの位置を握つても心拍信号を検出
できるように、複数の心拍検出手段を、ステアリ
ングホイールの互いに異なる位置に配置する。こ
れにより、ドライバが片手でステアリングホイー
ルを握る場合や、ステアリングホイールを握る手
の持ち換えを行なう場合でも、いずれか１つの心
拍検出手段に手の平が対向していれば、心拍測定
を継続することができる。以下、図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。第１図に、一実施例の車上心拍計を備える車輌
の運転席近傍を示す。第１図を参照すると、ステ
アリングホイール４の中央部に、心拍測定の開始
を指示するスタートスイツチSW１、測定のキヤ
ンセルを指示するキヤンセルスイツチSW２、お
よび心拍に応じた表示を行なう発光ダイオード
LEDが備わつている。ステアリングホイール４
の左方に、２つのブラウン管表示装置CRT１お
よびCRT２が備わつている。ステアリングホイール４の詳細を、第２ａ図、
第２ｂ図および第２ｃ図に示す。これらの図面を
参照すると、ステアリングホイール４の上面に
は、反射型の光学センサSE１，SE２，…SE８が
互いに分散して配置されている。各々の光学セン
サは、１つの発光ダイオード（LE１）とその周
囲に配置した４つのフオトトランジスタ（PT１
〜PT４）でなつている。各光学センサに備わつ
ている発光ダイオードは、赤外領域の光を発する
赤外発光ダイオードである。各光学センサの１つ
の発光ダイオードと４つのフオトトランジスタ
は、光軸を同一方向（ステアリングホイール４の
上方）に向けてある。ステアリングホイール４は
鉄心４ｂとそれを覆う樹脂４ａでなつており、各
光学センサは、樹脂４ａの部分に固着されてい
る。各光学センサから引き出された電線は、樹脂
４ａの内部を通つて、ステアリングホイール４中
央部のパネル内の電子回路に接続されている。第３ａ図に、第１図に示す車輌に搭載された車
上心拍計の回路構成の概略を示す。第３ａ図を参
照して説明する。回路全体を制御するのがマイク
ロコンピユータCPUである。マイクロコンピユ
ータCPUには、発振回路OSC２、音声合成装置
VGU、ビデオメモリVRAM１，VRAM２、ブ
ザーBZ、Ａ／ＤコンバータADC、キースイツチ
SW１，SW２等が接続されている。キースイツ
チSW１およびSW２とCPUの間に備わつた回路
は、波形整形回路である。音声合成装置VGUの
出力端子にはスピーカSPが接続され、ビデオメ
モリVRAM１およびVRAM２にはブラウン管表
示装置CRT１およびCRT２がそれぞれ接続され
ている。Ａ／ＤコンバータADCの入力端子１お
よび２には、それぞれ基準レベル設定用の可変抵
抗器VR１およびVR２が接続されており、入力
端子３には復調回路DEMの出力端子が接続され
ている。復調回路DEMの出力端子は、ドライバ
DVを介して表示用の発光ダイオードLEDに接続
されている。発振回路OSC１の出力端子がセン
サユニツトSEUに接続され、センサユニツト
SEUの出力端子が復調回路DEMの入力端子に接
続されている。第３ａ図の発振回路OSC１、センサユニツト
SEU、および復調回路DEMの詳細を、第３ｂ図
に示す。第３ｂ図を参照して説明する。発振回路
OSC１は、非安定マルチバイブレータ回路であ
り、この例では1KHzの方形波信号を出力する。
センサユニツトSEUは、８つの光学センサSE１
〜SE８でなつている。各光学センサSE１〜SE８
の発光ダイオードLE１，LE２…は互いに直列に
接続されており、その一端に発振回路OSC１の
出力端子が接続されている。したがつて、各光学センサの発光ダイオード
は、１ｍsecの周期で間欠的に点灯する。光学セ
ンサSE１〜SE８のいずれかが人の血管に対向し
て位置決めされていると、その部分の光反射率が
血液流量の大小すなわち心拍に応じて変動する。
したがつて、光学センサのフオトトランジスタの
出力端子には、心拍信号に応じて振幅変調された
1KHzの交流信号が得られる。各光学センサSE１〜SE８のフオトトランジス
タPT１，PT２，PT３…は互いに並列に接続さ
れており、その一端が復調回路DEMの入力端子
に接続されている。復調回路DEMは、増幅器
AM１、ローパスフイルタLP１、増幅器AM２、
ローパスフイルタLP２、増幅器AM３等でなつ
ており、振幅変調された1KHzの信号から、元の
心拍信号を復調する。第４図に、第３ａ図のビデオメモリVRAM１
の構成を示す。なおビデオメモリVRAM２も
VRAM１と同様の構成になつている。第４図を
参照して説明する。メモリRAMには、ブラウン
管上に表示する各々の画素に対応する、明／暗デ
ータが格納される。メモリRAMのアドレスライ
ンは、マルチプレクサMXに接続してあり、MX
の入力Ａ，Ｂに印加されるアドレスカウンタCO
のカウント値、CPUの出力アドレスのいずれか
に応じたメモリアドレスが選択される。この選択は、マイクロコンピユータCPUが行
ない、メモリRAMにデータを書き込む場合ある
いはRAMからデータを読み出す場合には、MX
の入力Ｂを指定して、CPUがアドレスを指定す
る。それ以外のときには、メモリRAMのアドレ
スは、アドレスカウンタCOのカウント値で指定
される。アドレスカウンタCOは、発振器OSC３
からの、画素数に対応するパルス信号により、常
時カウントを行なつている。また、アドレスカウ
ンタCOの出力端には同期信号発生回路１００が
接続されており、この回路がCOのカウント値に
応じて、所定タイミングで垂直同期信号および水
平同期信号を発生する。メモリRAMの複数ビツトでなるデータライン
には、シフトレジスタSRが接続されており、SR
のシリアル出力端は信号合成回路１１０に接続さ
れている。またこのデータラインには、双方向バ
ツフアBF２を介してCPUのデータラインが接続
されている。ブラウン管上の所定画素を明るく表示する場
合、その画素に対応するRAMアドレスに、所定
ビツトを“１”にしたデータをCPUから書き込
む。この場合、マルチプレクサMXのＢ入力を指
定し、双方向バツフアBF２のCPU側を入力に、
RAM側を出力に指定し、CPUのアドレスライン
およびデータラインに所定のデータをセツトし
て、メモリRAMに書き込み指定信号を印加す
る。これが終了した後、次の書き込みを行なうま
では、MXを入力Ａに指定し、双方向バツフア
BF２のRAM側はハイインピーダンスに設定す
る。この状態で、所定タイミング毎に同期信号が生
成されるとともに、それに合わせてRAMのアド
レスが順次選択される。表示データを書き込んで
ある所定アドレスが指定されると、シフトレジス
タSRに画素データを含む複数ビツトのデータが
セツトされ、画素位置に対応する所定クロツク分
だけ遅れて、所定画素の「明」を示すデータが信
号合成回路１１０に印加される。このようにし
て、表示画面上の全画素のデータに対応するシリ
アルデータが連続的に出力され、この像データと
同期信号とが１１０で合成されてコンポジツト信
号となり、これがブラウン管表示装置（モニタテ
レビ）に印加される。第５図に、第３ａ図のマイクロコンピユータ
CPUの概略動作を示す。第５図を参照して動作
を説明する。まず割り込み処理を説明する。CPUの割り込
み入力端INTには発振回路OSC２からの信号が
印加されるので、CPUは所定時間おきに割り込
み処理を実行する。この割り込み処理では、レジ
スタＮの内容を＋１する処理を行なつている。す
なわち、経過した時間に応じてレジスタＮの内容
が変わるので、あるタイミングでＮの内容を０に
クリアしておけば、メインルーチンでＮの値をチ
エツクすることにより、クリアしてからの経過時
間がわかる。メインルーチン、サブルーチン等で
は、このレジスタＮの値をチエツクすることによ
り、各種処理タイミングを決定している。続いてメインルーチンを説明する。電源がオン
すると、まずスタートスイツチSW１をチエツク
する。これがオンになると、可変抵抗器VR１お
よびVR２で設定される電圧をＡ／Ｄコンバータ
ADCでデジタル信号に変換し、変換したデータ
をレジスタMHおよびMLにストアする。レジス
タMHおよびMLのデータは、それぞれ、警報を
発するか否かを判別するための、心拍周期のばら
つき上限値および心拍数下限値となる。次の第１表に、一般的な心拍数の平均値１／Ｌ
および心拍周期のばらつき（すなわち分散）ΔL
と、人の肉体および精神の状態との概略を示す。

【表】一般に、車輌を運転する場合には、肉体的には
リラツクスしており、精神的には緊張状態にあ
る。ところが、疲労等のために居眠運転をする場
合には、精神的な緊張状態がなくなり、心拍は睡
眠時の状態になる。つまり、第１表を参照する
と、車輌を運転しながら居眠を始める場合には、
心拍周期のばらつきが急激に大きくなる。そこで、この実施例では、心拍周期のばらつき
参照値（上限値）MHおよび心拍数参照値（下限
値）MHを設定して、ばらつきが大きく、しかも
心拍数が所定以下の場合に警報を発するようにし
ている。 MHおよびMLの設定が終了したら、検出信号
が安定するのに必要な所定時間Toが経過するの
を待つてから心拍測定を開始する。心拍測定のサ
ブルーチンについては後で詳細に説明する。心拍
測定が終了したら、その結果をもとに、心拍周期
の分散すなわちばらつきΔLを計算する。この計
算は所定サンプル（この例では16）の心拍周期を
Ｓとした場合次の計算式により行なう。分散＝S²の平均値−（Ｓの平均値）² 次いで、Ｓの平均値から心拍数、すなわち１分
間あたりに換算した心拍数を計算する。この結果
に応じて、予めCPU内のROM（読み出し専用メ
モリ）に格納してある所定の数値表示データを読
み出して、それをビデオメモリVRAM２の所定
アドレスにセツトする。これにより、たとえば第
３ａ図に示すように心拍数の数値がブラウン管表
示装置CRT２に表示される。次に、Ａ／ＤコンバータADCにより、所定時
間、所定間隔で心拍信号をサンプリングし、サン
プリングしたデータを波形としてブラウン管表示
装置CRT１に表示する。なおこの表示を行なう
前に、予めメモリRAMをクリアする。表示処理
では次のような処理を行なう。第６図に示すように、表示面上の画素をＸ方向
およびＹ方向の座標（Ｘ、Ｙ）で指定し、所定の
プロツトサブルーチン（図示せず）を実行してメ
モリRAMの所定アドレスの所定ビツトを“１”
にセツトする。電圧0Vを所定のＹ座標（たとえ
ば10）に指定し、サンプリングしたデータの値に
応じて指定Ｙ座標を変える。たとえば電圧0.1V
毎にＹ座標を＋10する場合には、サンプリングし
た電圧が1.5Vであると、指定するＹ座標は25（10
＋15）となる。Ｘ座標は、初期値を０とし、サン
プリングするたびに＋１の変更を行なう。すなわ
ち、この処理を行なうと、画面の左側から右側に
向かつて電圧に応じたＹ座標の画素が順次と明る
く表示される。この処理はＸ座標が右端すなわち
Ｘ＝XMとなるまで行なう。これにより、第６図
に示すような心拍波形が、表示器CRT１上に表
示される。キヤンセルスイツチSW２がオンかどうかをチ
エツクし、これがオフであれば次の処理を行な
う。分散ΔLがレジスタMHの内容よりも大きく、
しかも心拍数１／ＬがレジスタMLの内容よりも
小さいと、居眠り運転の可能性が高いので、ブザ
ーBZを１秒間付勢し、音声合成装置VGUに指示
を与えて、スピーカSPで「休憩しなさい」と音
声出力を行なう。上記２つの条件が成立しない場
合には、心拍数の表示と心拍波形の表示のみが行
なわれる。次に心拍測定サブルーチンを説明する。なおこ
のサブルーチンではレジスタＡ，Ｒ１，（）内
の内容で指定される複数のレジスタＲ２（）等
を使用する。まず、メモリ（レジスタ）をクリアし、心拍信
号をADCで２ｍsec毎にサンプリングする。Ｒ波
が来たかどうかをチエツクし、Ｒ波であれば次に
信号のピークかどうかをチエツクする。Ｒ波というのは、心拍信号の大きな山の部分で
あり、この例では、微分値すなわち各サンプリン
グ毎のデータの変化が所定値よりも大きいかどう
かをチエツクし、大きいことが所定回数連続する
場合にのみＲ波であると判別している。またこの
例では、サンプリング値の変化が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であると
判別するようにしている。ピークを検知したら、カウンタＮ（タイマ）の
内容を０にクリアし、ピーク検出から次のピーク
検出までの時間(L)の測定を行なう。この時間がい
わゆるＲ−Ｒ間隔（心拍周期）である。測定を行
なう毎にレジスタＡの内容をカウントアツプし、
各々の測定結果をレジスタＲ２(A)に格納する。16
波分のデータが得られたら（Ａ＝16になつたら）、
測定を終了する。これでレジスタＲ２(A)の16個の
レジスタには16周期分の周期データが格納され
る。したがつて、このレジスタの内容から、前記
処理を行なつて分散値および心拍数データが得ら
れる。上記実施例では、ブラウン管表示装置を２つ用
いて、その一方に心拍波形を表示し、もう一方に
心拍数を表示する構成としたが、たとえば心拍数
は、数値表示用の７セグメント表示器を複数設け
てそれで代用してもよいし、心拍波形表示用の面
表示器に波形と心拍数とを重ね合わせて表示する
構成としてもよいし、スイツチによる指示もしく
は所定周期で、波形と心拍数とを切換え表示する
構成としてもよい。上記実施例においては、ステアリングホイール
のホイール上に、直接、発光素子および受光素子
を装着する構成にしたが、例えばステアリングホ
イール中央部の電子回路本体に発光素子および受
光素子を設け、光フアイバを用いて光を導く構成
にしてもよい。光フアイバを用いれば、１つの発
光ダイオードの発光面に複数の光フアイバを接続
したり、複数の光フアイバを１つのフオトトラン
ジスタの受光面に接続したりして、発光素子およ
び受光素子の数を少なくしうる。なお、光フアイ
バは狭い部分で直角に曲げるのが難しいので、実
施例のようにステアリングホイールの上方に光軸
を向けるためには、鏡等を用いる必要がある。［効果］以上のとおり本発明によれば、心拍検出手段が
ステアリングホイールにあり、しかもその光軸が
通常ドライバがステアリングホイールを握る状態
で手の平の部分に対向するように配置されている
ので、運転のためのステアリングホイール操作に
よつて手とステアリングホイールとの相対位置関
係が多少変化する場合でも、心拍信号を検出で
き、運転中でも自然な状態で心拍が測定できる。
また、心拍検出手段が、発光手段とそれを囲む複
数の受光手段とで構成されるので、手の平が心拍
検出手段から浮く場合でも、心拍信号を検出でき
る。更に、ステアリングホイールの互いに異なる
位置に複数の心拍検出手段が配置されるので、ド
ライバがステアリングホイールを握る手を持ち換
える場合や、片手でステアリングホイールを握る
場合でも中断することなく心拍信号を検出でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例の車上心拍計を搭載した車輌
の運転席近傍を示す正面図である。第２ａ図は第
１図の車輌のステアリングホイール４を示す拡大
平面図、第２ｂ図は第２ａ図ｂ−ｂ線断面
図、第２ｃ図は第２ａ図のｃ−ｃ線断面図で
ある。第３ａ図は、第１図の車輌に搭載した車上
心拍計の概略構成を示すブロツク図、第３ｂ図は
第３ａ図の要部を示す電気回路図である。第４図
は、第３ａ図のビデオメモリVRAM１の構成を
示すブロツク図である。第５図は、第３図のマイ
クロコンピユータCPUの概略動作を示すフロー
チヤートである。第６図は、表示装置CRT１上
の画面の表示を示す平面図である。４：ステアリングホイール、SE１，SE２，
…，SE８：光学センサ（心拍検出手段）、SEU：
センサユニツト、LE１，LE２，LE３…：発光
ダイオード（発光手段）、PT１，PT２，PT３
…：フオトトランジスタ（受光手段）、SW１：
スタートスイツチ、SW２：キヤンセルスイツ
チ、OSC１：発振回路（発光付勢手段）、VGU：
音声合成装置（報知手段）、CRT１，CRT２：
ブラウン管表示装置、DEM：復調回路、CPU：
マイクロコンピユータ（電子制御手段）。

Claims

【特許請求の範囲】１各々、発光手段、および該発光手段の近傍に
該発光手段と実質上同一方向に光軸を向けて該発
光手段を囲む位置に配置した複数の受光手段を含
み、光軸がステアリングホイールの軸方向の上方
を向いた状態で、ステアリングホイールに配置さ
れた、ステアリングホイールの互いに異なる位置
に配置された複数組の心拍検出手段；発光手段を付勢する発光付勢手段；心拍測定開始を指示するスイツチ手段；表示および音出力の少なくとも一方を行なう報
知手段；および前記スイツチ手段の操作に応じて前記受光手段
からの電気信号の所定時間あたりの変動回数もし
くは変動周期に応じた値を演算し、その結果に応
じて前記報知手段を付勢する、電子制御手段；を
備える車上心拍計。２発光付勢手段は、所定周期で間欠的に発光手
段を付勢する、前記特許請求の範囲第１項記載の
車上心拍計。