(57)【要約】【課題】同一の装置内で多機能化を図ることで、繰り返し使用した場合であってもユーザの興味を維持することができるとともに、高精度なセンシングを行うことができるバイタルサインセンサを提供する。【解決手段】弾性材料からなり、ユーザが把持可能な筐体５０と、筐体５０に形成され、筐体５０内にユーザの指先を挿入するための指挿入部５８と、ＬＥＤ１１及び脈波センサ本体１２を有し、指挿入部５８内に設けられてユーザの脈波を検出する光電脈波センサ５と、筐体５０内に設けられ、筐体５０の加速度を検出する加速度センサ６と、光電脈波センサ５及び加速度センサ６を統括的に制御する制御ユニット１０とを備え、制御ユニット１０は、光電脈波センサ５の検出結果に基づいて、ユーザのリラックス度を測定する脈波演算部と、加速度センサ６の検出結果に基づいて、筐体５０の姿勢を判定する加速度演算部とを備えていることを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性材料からなり、ユーザが把持可能な筐体と、
前記筐体に形成され、前記筐体内に前記ユーザの指先を挿入するための指挿入部と、
発光素子及び受光素子を有し、前記指挿入部内に設けられて前記ユーザの脈波を検出する光電脈波センサと、
前記筐体内に設けられ、前記筐体の加速度を検出する加速度センサと、
前記光電脈波センサ及び前記加速度センサを統括的に制御する制御ユニットとを備え、
前記制御ユニットは、前記光電脈波センサの検出結果に基づいて、前記ユーザの緊張状態を測定する脈波演算部と、
前記加速度センサの検出結果に基づいて、前記筐体の姿勢を判定する加速度演算部とを備えていることを特徴とするバイタルサインセンサ。
【請求項２】
前記筐体は、遮光性を有する材料により構成されていることを特徴とする請求項１記載のバイタルサインセンサ。
【請求項３】
前記指挿入部は、弾性材料により覆われていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のバイタルサインセンサ。
【請求項４】
前記筐体内には、断熱性を有する充填材が充填されていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載のバイタルサインセンサ。
【請求項５】
前記脈波演算部は、前記光電脈波センサにより検出された周波数成分のうち、低周波数成分の信号強度と高周波数成分の信号強度とを比較する脈波パターンマッチング部と、
前記脈波パターンマッチング部による比較結果に基づいて、前記ユーザの緊張状態を判定するリラックス度判別手段とを備えていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載のバイタルサインセンサ。
【請求項６】
前記加速度演算部は、前記加速度センサにより検出された加速度が、予め設定された加速度の第１閾値を超えたか否かを判定する第１加速度波形パターンマッチング部と、
前記第１加速度波形パターンマッチング部において、前記加速度センサにより検出された加速度が前記第１閾値を超えた場合に前記筐体の姿勢の変動が激しいと判定する姿勢判定手段とを備えていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載のバイタルサインセンサ。
【請求項７】
前記加速度演算部は、前記加速度センサにより検出された加速度が予め設定された加速度の第２閾値を超えたか否かを判定する第２加速度波形パターンマッチング部と、
前記第２加速度波形パターンマッチング部において、前記加速度センサにより検出された加速度が前記第２閾値を超えた回数をカウントするカウント手段とを備えていることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載されたバイタルサインセンサ。
【請求項８】
前記筐体には、前記脈波演算部と前記加速度演算部との判定結果を表示する表示部が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか１項に記載のバイタルサインセンサ。
【請求項９】
前記筐体には、前記脈波演算部と前記加速度演算部との判定結果を前記ユーザに認識させるための出力部が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項８の何れか１項に記載のバイタルサインセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイタルサインセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、発光素子及び受光素子を備え、ユーザ（被験者）の脈派情報に基づいて脈拍数、心拍数等、様々な生体情報を得ることができる光電脈波センサが知られている。この光電脈波センサは、発光素子から指先に向けて光を照射し、指先を透過した光または反射した光を受光素子で受光する。そして、受光素子で受光した光をデータ処理することで、脈波の情報が得られるようになっている。
【０００３】
このような光電脈波センサは、医療機器や、遊技機等の様々な分野で用いられている。このような構成としては、光電脈波センサが測定したユーザの脈波を解析してユーザのストレス度（緊張状態）を示す指標を算出し、算出したストレス度の値とともに、ストレス度の内容に応じたメッセージが表示部に表示されるような構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−２６７８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した特許文献１にあっては、脈波に基づいてストレス度を算出するのみの構成であるため、何度も繰り返し使用することで、ユーザが飽きてしまう虞がある。
また、光電脈波センサは、発光素子から出射された光を受光素子により検出することで、脈波を算出するため、外乱光に弱いという問題がある。この場合、上述した特許文献１の構成では、脈波の測定時に、光電脈波センサが外部に露出しているため、例えば野外で測定した場合には正確なセンシングができない場合がある。
さらに、光電脈波センサは微小な光信号により検出されるので、高精度なセンシングを行うために、発光素子の光照射位置と、受光素子と、指先との相対位置関係を測定毎のバラツキが少ないように保持することが困難である。
【０００５】
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、同一の装置内で多機能化を図ることで、繰り返し使用した場合であってもユーザの興味を維持することができるとともに、高精度なセンシングを行うことができるバイタルサインセンサを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、弾性材料からなり、ユーザが把持可能な筐体と、前記筐体に形成され、前記筐体内に前記ユーザの指先を挿入するための指挿入部と、発光素子及び受光素子を有し、前記指挿入部内に設けられて前記ユーザの脈波を検出する光電脈波センサと、前記筐体内に設けられ、前記筐体の加速度を検出する加速度センサと、前記光電脈波センサ及び前記加速度センサを統括的に制御する制御ユニットとを備え、前記制御ユニットは、前記光電脈波センサの検出結果に基づいて、前記ユーザの緊張状態を測定する脈波演算部と、前記加速度センサの検出結果に基づいて、前記筐体の姿勢を判定する加速度演算部とを備えていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載した発明は、前記筐体は、遮光性を有する材料により構成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載した発明は、前記指挿入部は、弾性材料により覆われていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載した発明は、前記筐体内には、断熱性を有する充填材が充填されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載した発明は、前記脈波演算部は、前記光電脈波センサにより検出された周波数成分のうち、低周波数成分の信号強度と高周波数成分の信号強度とを比較する脈波パターンマッチング部と、前記脈波パターンマッチング部による比較結果に基づいて、前記ユーザの緊張状態を判定するリラックス度判別手段とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載した発明は、前記加速度演算部は、前記加速度センサにより検出された加速度が、予め設定された加速度の第１閾値を超えたか否かを判定する第１加速度波形パターンマッチング部と、前記第１加速度波形パターンマッチング部において、前記加速度センサにより検出された加速度が前記第１閾値を超えた場合に前記筐体の姿勢の変動が激しいと判定する姿勢判定手段とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載した発明は、前記加速度演算部は、前記加速度センサにより検出された加速度が予め設定された加速度の第２閾値を超えたか否かを判定する第２加速度波形パターンマッチング部と、前記第２加速度波形パターンマッチング部において、前記加速度センサにより検出された加速度が前記第２閾値を超えた回数をカウントするカウント手段とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載した発明は、前記筐体には、前記脈波演算部と前記加速度演算部との判定結果を表示する表示部が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項９に記載した発明は、前記筐体には、前記脈波演算部と前記加速度演算部との判定結果を前記ユーザに認識させるための出力部が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載した発明によれば、筐体内に光電脈波センサと加速度センサが設けられているため、例えば、ユーザの脈波に基づいてユーザのリラックス度を測定したり、筐体の姿勢に基づいて歩行中のユーザの歩数や、車両走行時の運転荒さ等を測定したりすることができる。すなわち、同一の装置内における多機能化を図ることが可能になり、繰り返し使用した場合であってもユーザの興味を維持することができる。
また、ユーザが把持可能な筐体が、弾性材料により構成されているため、ユーザが筐体を握った際にはユーザの手に倣って筐体が弾性変形し、ユーザの手にフィットする。これにより、筐体を握ること自体でその感触に対してユーザの興味を惹きつけることができるとともに、ユーザはアクセサリー感覚で携帯することができる。また、筐体を握りながら脈波の測定を行うことで、ユーザの手を安定して保持することができるため、光電脈波センサと、指先との相対位置関係のバラツキが少なく、高精度なセンシングを行うことができる。
【００１６】
請求項２に記載した発明によれば、筐体が遮光性の材料により構成されているため、筐体外部からの外乱光を遮光して筐体内部に外乱光が侵入することを防ぐことができる。これにより、発光素子の光のみを受光素子により検出することができるため、高精度なセンシングができ、ユーザの脈波を高精度に測定することができる。
【００１７】
請求項３に記載した発明によれば、指挿入部が弾性材料によって覆われているため、指先と光電脈波センサとを心地良く密着させることができる。すなわち、指挿入部内に指先を挿入するのみで、指先を安定して保持することができるため、操作性を向上させた上で、光電脈波センサと、指先との相対位置関係のバラツキが少なく、高精度なセンシングを行うことができる。
【００１８】
請求項４に記載した発明によれば、筐体内に断熱性を有する充填材が設けられているため、筐体内は各種電子機器等の発熱により一定の温度状態を保っているとともに、指先からの放射熱を遮断することができる。そのため、指挿入部に指先を挿入した場合に、指先の温度を低下させることなく、体温と同程度の温度に維持した状態で測定を行うことができる。
【００１９】
請求項５に記載した発明によれば、ユーザの緊張状態の変化は、心拍数及び脈拍数の揺らぎ成分として０．５Ｈｚ以下の低周波成分に現れる。具体的には、低周波成分の変動は血圧変動性によるもので、ユーザの交感神経の活動に関連し、高周波成分の変動は呼吸性変動によるもので、ユーザの副交感神経の活動に関連すると考えられる。通常の生体であれば、交感神経系と副交感神経系とは拮抗作用によりバランスを保っており、低周波成分と高周波成分との比が一致している（この状態を定常状態という）。すなわち、低周波成分と高周波成分とを比較した比較結果において、低周波成分の値が大きい場合には、交感神経の活動が優位であり、ユーザが緊張状態にあると判定する。一方、定常状態に対して、高周波成分の値が大きい場合には、副交感神経の活動が優位であり、ユーザがリラックス状態にあると判定することができる。これにより、脈波に基づく緊張状態を判定することができ、ユーザの興味を惹きつけることができる。
【００２０】
請求項６に記載した発明によれば、加速度センサにより検出された加速度が第１閾値を超えた場合に、筐体の姿勢の変動が激しいと判定することで、例えば、筐体を車両に搭載した場合には車両走行時における運転荒さを判定することができる。これにより、同一の装置内における多機能化を図ることが可能になり、繰り返し使用した場合であってもユーザの興味を維持することができる。
【００２１】
請求項７に記載した発明によれば、加速度センサにより検出された加速度が第２閾値を超えた場合の回数をカウントしておくことで、例えばユーザの歩行時に携帯しておくことで、ユーザの歩数または手振り数をカウントすることができる。これにより、同一の装置内における多機能化を図ることが可能になり、繰り返し使用した場合であってもユーザの興味を維持することができる。
【００２２】
請求項８に記載した発明によれば、光電脈波センサや加速度センサによる測定結果（リラックス度表示、運転荒さ表示及び歩数・手振り数表示）が、図形や文字等により表示されるため、ユーザは各種モードの測定結果を視覚により認識できる。
【００２３】
請求項９に記載した発明によれば、光電脈波センサや加速度センサによる測定結果を、表示部以外にも出力させることで、視覚以外の感覚によってもユーザは各種モードの測定結果を認識できるため、よりユーザの興味を惹きつけることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
まず、図１のブロック図に示すように、センサボール（バイタルサインセンサ）１は、光電脈波センサ５と、加速度センサ６と、操作ボタン７と、表示部８と、出力部９と、これら各電子機器を統括的に制御する制御ユニット１０とで主に構成されている。本実施形態のセンサボール１は、光電脈波センサ５及び加速度センサ６を用いて、リラクシングモード、ドライビングモード及びウォーキングモード（歩数計）の３種類のモードを切り替えて使用することができる。
【００２５】
ここで、リラクシングモードとは、光電脈波センサ５の検出結果に基づいてユーザＵ（図５参照）のリラックス度を測定するモードである。また、ドライビングモードとは、センサボール１を車両に搭載した場合において、加速度センサ６の検出結果に基づいて車両の乗り心地（運転荒さ）を測定するものであり、ウォーキングモードとは、ユーザＵの歩行時において、加速度センサ６の検出結果に基づいてユーザＵの歩数または手振り数を測定するものである。
【００２６】
光電脈波センサ５は、ＬＥＤ（発光素子）１１と、光電変換素子からなる脈波センサ本体（受光素子）１２とを備えている。ＬＥＤ１１には、赤色光または赤外光等の光が好適に用いられており、ユーザＵの指先の腹部に向けて光を出射するようになっている。ＬＥＤ１１に用いる赤色光や赤外光は、人体に入り易い波長であるため、明確な脈波信号が採取できる。さらに、赤色光は、目に見えることから、点灯しないときの故障判別が容易である。
一方、脈波センサ本体１２は、ＬＥＤ１１から出射されユーザＵの指先を通った後の反射光を受光して方形波パルス信号を発生させるものであって、反射光の明るさの変動に応じてパルス信号の周波数が変化するようになっている。なお、脈波センサ本体１２に用いる光電変換素子は、反射光の変動を電流により検出するフォトダイオードや、反射光の変動を電圧により検出するフォトトランジスタ等を用いることが可能である。
【００２７】
加速度センサ６は、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の３軸方向の加速度を検出する、いわゆる３軸加速度センサ６である。具体的に、加速度センサ６は、例えば可撓性を有する梁部で錘部を吊り下げ支持したものであって、錘部に何らかの力学量が外部から加えられたときに錘部が変位することで、錘部の変位をアナログの電圧波形として検出する。
【００２８】
制御ユニット１０は、マイコン１３と、情報処理部１４とで構成されている。
マイコン１３は、光量制御手段１７、スイッチ認識及びモード選択手段１８、脈波演算部１９、及び加速度演算部２０を備えている。
スイッチ認識及びモード選択手段１８は、スイッチマトリクスにより構成されており、操作ボタン７の入力に基づいて光量制御手段１７、脈波演算部１９、加速度演算部２０、及び表示部８にモード選択信号を出力し、上述した各種モードの切り替えや決定、測定開始、表示部８へのモード表示を行えるようになっている。
光量制御手段１７は、上述したリラクシングモードにおいて、ＰＷＭ（パルス変調幅）信号のデューティ比を任意に可変することで、ＬＥＤ１１に流れる電流を制御し、ＬＥＤ１１の光量を調整するものである。
【００２９】
脈波演算部１９は、スイッチ認識及びモード選択手段１８からリラクシングモードのモード選択信号を受信して、ユーザＵのリラックス度を測定するものであって、脈波解析手段２２、脈波パターンマッチング部２３、リラックス度判別手段２４により構成されている。
脈波解析手段２２は、脈波センサ本体１２により検出された脈波の周波数（つまり脈拍数）の検出信号をパルス信号として受信し、この周波数の変動成分を解析するためのものである。具体的には、脈波センサ本体１２から出力された脈波の周波数の波形は、体動等によるノイズやうねりが重畳されたデータになっている。この時系列波形を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）で解析し、周波数に対するパワースペクトルを算出する。そして、この解析結果の信号を、バッファ（緩衝増幅器）２５を介して脈波パターンマッチング部２３に向けて出力する。
【００３０】
脈波パターンマッチング部２３は、脈波解析手段２２により解析されたパワースペクトルの波形から、０．１Ｈｚ帯の信号強度をＬＦ（Ｌｏｗ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）成分、０．３Ｈｚ帯の信号強度をＨＦ（Ｈｉｇｈ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）成分を取り出す。また、脈波パターンマッチング部２３は、ＬＦ成分とＨＦ成分との比に対するリラックス度の関係を有するマップを有しており、このマップと脈波解析手段２２により解析されたＬＦ成分及びＨＦ成分の信号強度の比率とを比較する。そして、この比較結果の信号をリラックス度判別手段２４に向けて出力する。
【００３１】
リラックス度判別手段２４は、脈波パターンマッチング部２３の比較結果に基づいて、ユーザＵのリラックス度を判別するものである。なお、本実施形態のリラックス度とは、その値が高い場合にはユーザが緊張状態にあり、低い場合にはユーザがリラックス状態にある。そして、リラックス度判別手段２４は、リラックス度の判別結果を表示部８や、出力部９、情報処理部１４に向けて出力する。
【００３２】
加速度演算部２０は、加速度解析手段２７と、ドライビングモードの測定に用いるドライビングモード演算部２８と、ウォーキングモードの演算に用いるウォーキングモード演算部２９とを備えている。
加速度解析手段２７は、加速度センサ６により出力されたＸ、Ｙ、Ｚ軸（前後、左右、上下方向）の３軸方向のアナログ電圧波形をＡ／Ｄ変換し、デジタル電圧波形の信号にする。そして、ドライビングモードの場合には、Ａ／Ｄ変換された波形のノイズを除去してドライビングモード演算部２８に出力する。また、ウォーキングモードの場合には、Ａ／Ｄ変換されたＸ、Ｙ、Ｚ軸方向における加速度の波形の合成値を算出し、算出された加速度の合成値からノイズを除去した後、この算出結果をウォーキングモード演算部２９に向けて出力する。
【００３３】
ドライビングモード演算部２８は、加速度解析手段２７との間にバッファ３０を介して第１加速度波形パターンマッチング部３１及び運転荒さ判別手段（姿勢判定部）３２を備えている。
第１加速度波形パターンマッチング部３１には、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の加速度に対してそれぞれ運転荒さ閾値（第１閾値）が予め設定されている。そして、第１加速度波形パターンマッチング部３１は、加速度解析手段２７で解析された加速度が運転荒さ閾値を超えたか否かを判断し、この判断結果を運転荒さ判別手段３２に向けて出力する。
運転荒さ判別手段３２は、第１加速度波形パターンマッチング部３１による判断結果に基づいて、運転荒さを判別するものであり、この判別結果を表示部８や、出力部、情報処理部１４に向けて出力する。
【００３４】
ウォーキングモード演算部２９は、加速度解析手段２７との間にバッファ３３を介して第２加速度波形パターンマッチング部３５及びカウント手段３６を備えている。
第２加速度波形パターンマッチング部３５は、予め設定された加速度の計測閾値（第２閾値）を有している。なお、本実施形態のセンサボール１はユーザＵの腰等に携帯する場合と、ユーザＵの手で携帯する場合等が考えられる。この場合、加速度センサ６の波形のピーク値や振動方向に違いが生じる。これに対して、本実施形態では、上述したように加速度解析手段２７において３軸方向における加速度の合成値の波形を算出し、この合成値の算出結果が閾値を超えたか否かを測定する。これにより、ユーザＵがセンサボール１を腰に携帯した場合（歩数）、及びセンサボール１を手で携帯した場合（手振り数）の双方を考慮した上で、解析結果が計測閾値を超えたか否かを判断することができる。
カウント手段３６は、上述した第２加速度パターンマッチング部３５の判定結果に基づいて、加速度解析手段２７の解析結果が計測閾値を超えた回数をカウントするものである。そして、このカウント結果を表示部８や、出力部９、情報処理部１４に向けて出力する。
【００３５】
表示部８は、上述したように操作ボタン７により選択されたモードの選択画面、決定画面が表示されるとともに、脈波演算部１９、ドライビングモード演算部２８およびウォーキングモード演算部２９による測定結果に基づいて、各種モードの測定結果が図形や文字等により表示されるようになっている（リラックス度表示、運転荒さ表示及び歩数・手振り数表示）。これにより、ユーザＵは、各種モードの測定結果を視覚により認識できるようになっている。
【００３６】
また、出力部９は、振動モータ等からなる振動出力部３８と、圧電ブザー等からなる音出力部３９とで構成されている。
振動出力部３８は、回転駆動することでセンサボール１自体を振動させるものであり、上述した各種モードの測定結果等に基づいてセンサボール１が振動することで、ユーザＵは触覚により各種モードの測定結果を認識できるようになっている。
また、音出力部３９は圧電素子に電圧を加えることで音波を発生させるものであり、各種モードの測定結果や、操作ボタン７の操作結果等に基づいて、マイコン１３に内蔵されたブザー音や音声を発生させる。これにより、ユーザＵは、聴覚により各種モードの測定結果や、操作結果を認識できるようになっている。
【００３７】
情報処理部１４は、情報記憶部４１と無線通信部４２とを備えている。
情報記憶部４１は、メモリーカードやＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）フラッシュメモリ等の記録媒体が着脱されるようになっており、各種モードの測定結果の信号を受信し、その測定結果を情報媒体に記録できるようになっている。
無線通信部４２は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等により構成され、センサボール１とパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣという）や、携帯電話、各種情報端末等の外部機器４３との間でリアルタイムで無線通信を行えるようになっている。すなわち、各種モードの測定結果の信号を受信し、その測定結果を外部機器４３に出力できるようになっている。
【００３８】
なお、センサボール１には、ＤＣバッテリ４４が搭載され、レギュレータ４５を介して光電脈波センサ５や加速度センサ６、制御ユニット１０等の各電子機器に電力を安定して供給するようになっている。このように、本実施形態では、ＤＣバッテリ４４によってセンサボール１への電力の供給を行うため、センサボール１を容易に携帯することができる。
【００３９】
ここで、上述したセンサボール１の外観構成について説明する。
図２〜４に示すように、センサボール１は、上述した光電脈波センサ５や加速度センサ６、制御ユニット１０等の各電子機器が内蔵された筐体５０を備えている。
筐体５０は、ゴムや、スポンジ等の弾性材料により構成された中空の球状のものであり、センサ部５１と、センサ部５１の下部（図２中下部）にヒンジ部５２を介して回動可能に取り付けられた操作部５３とで分割構成されている。すなわち、操作部５３はセンサ部５１に対してオープンポジションＰ１（図２参照）からクローズポジションＰ２（図３参照）へと回動可能に構成されており、クローズポジションＰ２において、センサ部５１の下面５１ａと操作部５３の上面５３ａとが合わさった場合に球状になる。
【００４０】
筐体５０の外形の大きさは、ユーザＵ（図５参照）が片手で把持可能、具体的には図示しない車両のドリンクホルダー等にガタツキなく載置できる大きさに構成され、クッション性を有している。すなわち、筐体５０は、ユーザＵが手で握ることで、指先の形状に倣って弾性変形するようになっている。また、筐体５０に図示しないストラップ等を設け、ユーザＵの腰や鞄等にも携帯することもできる。なお、筐体５０は、遮光性を有する材料を用いることが好ましく、上述した筐体５０の構成材料のうち、本実施形態では着色されたゴムが好適に用いられる。また、筐体５０の内周面または外周面に遮光性を有する非透過材を貼り付けるようにしてもよい。
そして、筐体５０内には、断熱性を有する樹脂材料、例えばシリコーン樹脂等からなる充填剤（断熱部材）５５が充填されている。
【００４１】
筐体５０のセンサ部５１には、その外表面に指挿入口５６が形成されている。この指挿入口５６は、筐体５０の厚さ方向に貫通する丸孔であり、ユーザＵの指先が挿入可能な内径に形成されている。そして、センサ部５１の内部、すなわち充填材５５には、指挿入口５６に連通する指挿入穴５７が形成されている。この指挿入穴５７は、筐体５０の内周面から径方向内側に向かって刳り貫かれ、ユーザＵの指形状に倣って下方に向けて湾曲している。そして、これら指挿入口５６及び指挿入穴５７により、ユーザＵの指を第二関節程度まで挿入可能な指挿入部５８が形成されている。この場合、指挿入部５８の内周面は、上述した充填材５５により構成されている。
【００４２】
また、センサ部５１の充填材５５内には、上述した光電脈波センサ５、加速度センサ６、制御ユニット１０、振動出力部３８、音出力部３９及びＤＣバッテリ４４が埋設されている。
【００４３】
光電脈波センサ５のＬＥＤ１１は、指挿入部５８の下部内周面の先端部分において、充填材５５に複数（例えば、２つ）埋設されている。具体的には、ＬＥＤ１１は、指挿入部５８の先端部分でその長手方向または直角方向に沿って配列され、指挿入部５８内に挿入されたユーザＵの指先の腹部に向けて光を出射するようになっている。
一方、脈波センサ本体１２は、２つのＬＥＤ１１の間に配置され、ＬＥＤ１１から出射され、ユーザＵの指を通った後の反射光を受光するようになっている。なお、ＬＥＤ１１及び脈波センサ本体１２は、測定光は透過できるが水や異物は通過不能で、かつ指がＬＥＤ１１及び脈波センサ本体１２に直接触れないようにするためにシールド部材（不図示）により被覆されている。
加速度センサ６は、指挿入部５８を挟んで光電脈波センサ５に対向配置されている。そして、これら光電脈波センサ５及び加速度センサ６は、図示しない配線を介してＤＣバッテリ４４及び制御ユニット１０に接続されている。
【００４４】
また、センサ部５１の下面５１ａには、上述したメモリーカード等が挿入されるカード挿入部６０と、ＵＳＢフラッシュメモリが挿入されるＵＳＢ挿入部６１が形成されている。これらカード挿入部６０及びＵＳＢ挿入部６１は、センサ部５１の下面５１ａから上方に向かって形成され、図示しない配線を介して制御ユニット１０に接続されている。
【００４５】
一方、操作部５３には、上述した各種モードの測定結果を表示するための表示部８が配置されている。この表示部は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）等により構成され、操作部５３の上面５３ａにおける中央部に配置されている。
また、表示部８に隣接して各種モードの選択、決定等の操作を行うための複数（例えば、３つ）の操作ボタン７が配列されている。操作ボタン７は、表示部８の長手方向沿って並んで配列され、モード選択ボタン、決定ボタン及びキャンセルボタン、スタート、停止等の機能を有している。そして、これら表示部８及び操作ボタン７は、操作部５３のオープンポジションＰ１において、外部に露出することでユーザＵが表示部８に表示された測定結果を認識できるとともに、操作ボタン７を操作できるようになっている。なお、表示部８及び操作ボタン７は、図示しない配線を介してＤＣバッテリ４４及び制御ユニット１０に接続されている。
【００４６】
次に、本実施形態のセンサボールの動作について説明する。
リラクシングモードについて説明する。
まず、図１に示すように、ユーザＵは、操作部５３をオープンポジションＰ１にし、操作部５３の操作ボタン７を操作してリラクシングモードに設定する。すると、スイッチ認識及びモード選択手段１８は、操作ボタン７の入力に基づいて、光量制御手段１７及び脈波演算部１９のバッファ２５に向けてモード開始の信号を出力する。さらに、スイッチ認識及びモード選択手段１８は、表示部８にモード表示の信号を出力し、リラクシングモードのモード表示を行わせる。なお、リラクシングモードの高精度なセンシングを行うためには、安静状態で使用することが好ましい。
【００４７】
次に、ユーザＵは、手で筐体５０を軽く握りつつ、握った手の人指し指を指挿入部５８の指挿入口５６から挿入する。具体的には、指挿入部５８の先端側まで指を挿入し、光電脈波センサ５と指先の腹部とを密着させる。この時、指挿入部５８内は、充填材５５に覆われているため、ユーザＵの指先にフィットするようになっている。
これにより、指挿入部５８内で指先を安定して保持することができ、ユーザＵや測定回数、測定環境に係らず光電脈波センサ５と指先との相対位置のバラツキを抑えることができる。また、本実施形態の充填材５５は、断熱性を有しているため、筐体５０内はＤＣバッテリ４４等の発熱により一定の温度状態を保っているとともに、指先からの放射熱を遮断することができる。これにより、指挿入部５８に指先を挿入した場合に、指先の温度を低下させることなく、体温と同程度の温度に維持した状態で測定を行うことができる。そのため、高精度なセンシングを行うことができる。
【００４８】
次に、光量制御手段１７は、スイッチ認識及びモード選択手段１８からのモード選択信号に基づいて、ＬＥＤ１１に向けてＰＷＭ信号を出力し、ＬＥＤ１１はＰＷＭ信号に基づいて所定の光量の光を指先に向けて出射する。そして、ＬＥＤ１１から出射された光は指先を通った後に反射し、この反射光を脈波センサ本体１２で検出する。
【００４９】
脈波センサ本体１２は、検出された脈波の周波数の検出信号を脈波解析手段２２に出力し、脈波解析手段２２において周波数のＦＦＴ解析を行い、この解析結果の信号を脈波パターンマッチング部２３に向けて出力する。
【００５０】
ここで、図６は、脈波解析手段２２で得られる周波数のパワースペクトルの波形を示すグラフである。まず、脈波パターンマッチング部２３は、脈波解析手段２２で解析されたパワースペクトルの波形から、ＬＦ成分（図６中Ｄ１）とＨＦ成分（図６中Ｄ２）とを取り出し、これらＬＦ成分とＨＦ成分との比を算出する。
この場合、ユーザＵのリラックス度の変化は、心拍数及び脈拍数の揺らぎ成分として０．５Ｈｚ以下の低周波成分に現れる。具体的には、ＬＦ成分の変動は血圧変動性によるもので、ユーザＵの交感神経の活動に関連し、ＨＦ成分の変動は呼吸性変動によるもので、ユーザＵの副交感神経の活動に関連すると考えられる。通常の生体であれば、交感神経系と副交感神経系とは拮抗作用によりバランスを保っており、ＬＦ成分とＨＦ成分との比が一致している（この状態を定常状態という）。すなわち、ＬＦ成分とＨＦ成分とを比較して、ＬＦ成分の値が大きい場合には、交感神経の活動が優位であり、ユーザが緊張状態にあると判定する。一方、定常状態に対して、ＨＦ成分の値が大きい場合には、副交感神経の活動が優位であり、ユーザＵがリラックス状態にあると判定することができる。
そして、脈波パターンマッチング部２３での算出結果をリラックス度判別手段２４に向けて出力する。
【００５１】
次に、リラックス度判別手段２４において、脈波パターンマッチング部２３による算出結果と、マップとを照らし合わせてユーザＵのリラックス度を判別し、この判別結果を表示部８や、出力部９（振動出力部３８及び音出力部３９）、情報処理部１４に向けて出力する。
【００５２】
これにより、表示部８に、リラックス度の判別結果に応じた文字や図形が出力されるとともに、音出力部３９からはリラックス度の判別結果に応じた音声や音が出力されることで、ユーザＵはリラックス度を認識することができる。また、リラックス度の判別結果に応じて、例えば極度の緊張状態やリラックス状態にある場合には、振動出力部３８が振動することで筐体５０が振動する。これによっても、ユーザＵに対してリラックス度を認識させることができる。なお、リラクシングモードの測定時間は、数分程度になっている。
【００５３】
また、リラックス度の判定結果は、情報処理部１４に出力されるようになっており、メモリーカードやＵＳＢフラッシュメモリ等の記録媒体に記録されたり、無線通信手段等により外部機器に伝達されたりするようになっている。
【００５４】
次に、ドライビングモードについて説明する。
まず、図１に示すように、ユーザＵは操作ボタン７を操作し、センサボール１のモードをドライビングモードに設定する。すると、スイッチ認識及びモード選択手段１８は、操作ボタン７の入力に基づいて、ドライビングモード演算部２８のバッファ３０に向けて測定開始の出力信号を出力する。さらに、スイッチ認識及びモード選択手段１８は、表示部８にモード表示の信号を出力し、ドライビングモードのモード表示を行わせる。
そして、ドライビングモードの設定が完了したら、ユーザはセンサボール１を車両のドリンクホルダー等に載置し、車両を走行させる。
【００５５】
そして、加速度センサ６は、車両走行時におけるブレーキや加速、旋回等を電圧波形として検出する。
ここで、図７に示すように、加速度センサ６のＸ軸を車両の前後方向、Ｙ軸を左右方向、Ｚ軸を上下方向とすると、図８，９に示すような電圧波形が検出される。図８は通常運転（丁寧な運転）時に検出される加速度の変動を示し、図９は荒い運転時に検出される加速度の変動を示している。
まず、加速度センサ６のＸ軸（前後方向）、Ｚ軸（上下方向）の変動は、車両の加速、減速等に応じて変動するようになっており、通常運転時に比べて荒い運転時は加速度の変動のピーク値が大きく、また加速度の変動が急峻になっている。
また、加速度センサ６のＹ軸（左右方向）の変動は、車両の旋回等に応じて変動するようになっており、上述したＸ軸方向の変動と同様に通常運転時に比べて荒い運転時は加速度の変動のピーク値が大きく、また加速度の変動が急峻になっている。
【００５６】
図１に示すように、加速度センサ６は、このように検出された検出結果をＡ／Ｄ変換した後、加速度解析手段２７に向けて出力する。そして、加速度解析手段２７は、加速度センサ６により検出された電圧信号のノイズを除去した後、この解析結果をドライビングモード演算部２８の第１加速度波形パターンマッチング部３１に向けて出力する。
【００５７】
そして、第１加速度波形パターンマッチング部３１において、加速度解析手段２７で解析された加速度が、運転荒さ閾値（例えば、図９中符号Ｒ）を越えたか否かを判定し、この判定結果を運転荒さ判別手段３２に向けて出力する。
そして、運転荒さ判別手段３２は、第１加速度波形パターンマッチング部３１における判定結果に基づいて波形パターンに対応した運転荒さ情報を判別し、この判別結果を表示部８や、出力部９（振動出力部３８及び音出力部３９）、情報処理部１４に向けて出力する。
【００５８】
これにより、表示部８に、ユーザＵの運転荒さに応じた文字や図形が出力されるとともに、音出力部３９からは運転荒さに応じた音声や音が出力されることで、ユーザＵは運転荒さを認識することができる。また、運転荒さの判別結果に応じて、例えば急ブレーキや急旋回時には、振動出力部３８が振動することで筐体５０が振動する。これによっても、ユーザＵに対して運転荒さを認識させることができる。
【００５９】
また、運転荒さの判定結果は、情報処理部１４に出力されるようになっており、メモリーカードやＵＳＢフラッシュメモリ等の記録媒体に記録されたり、無線通信手段等により外部機器に伝達されたりするようになっている。
【００６０】
次に、ウォーキングモードについて説明する。
まず、ユーザＵは操作ボタン７を操作し、モードをウォーキングモードに設定する。すると、スイッチ認識及びモード選択手段１８は、操作ボタン７の入力に基づいて、ウォーキングモード演算部２９のバッファ３３に向けて測定開始の出力信号を出力する。さらに、スイッチ認識及びモード選択手段１８は、表示部８にモード表示の信号を出力し、ウォーキングモードのモード表示を行わせる。
そして、ウォーキングモードの設定が完了したら、ユーザＵは操作部５３をクローズポジションＰ２に戻し、センサボール１を手で携帯したり、腰に携帯したりして歩行（またはランニング）を始める。
【００６１】
ユーザＵが歩行し始めると、加速度センサ６が振動して加速度センサ６により検出される電圧波形が変動する。そして、加速度センサ６は、検出結果を加速度解析手段２７に向けて出力する。
図１０は、時間に対する３軸方向における加速度の合成値の変動を示すグラフであり、（ａ）はノイズ除去前、（ｂ）はノイズ除去後（ローパスフィルタ処理後）を示している。
図１０に示すように、加速度解析手段２７は、まず加速度センサ６により検出された３軸方向における電圧信号の合成値を算出した後（図１０（ａ）参照）、算出結果のノイズを除去する（図１０（ｂ）参照）。そして、この算出結果をウォーキングモード演算部２９の第２加速度波形パターンマッチング部３５に向けて出力する。
【００６２】
そして、図１に示すように、第２加速度波形パターンマッチング部３５において、加速度解析手段２７で算出された加速度波形の合成値が、第２加速度波形パターンマッチング部３５に予め設定された閾値（図１０（ｂ）中符号Ｑ）を超えたか否かを判断する。そして、加速度波形が閾値を超えたと判断すると、この判断結果の信号をカウント手段３６に向けて出力する。そして、カウント手段３６は、第２加速度波形パターンマッチング部３５から出力される信号をカウントし、このカウント情報を表示部８や、出力部９、情報処理部１４に向けて出力する。
【００６３】
そして、表示部８には、カウント数、すなわち歩数と手振り数との双方を考慮した値が出力されて表示され、ユーザＵは自分が歩いた歩数を認識することができる。また、カウント手段３６によりカウントされる度に音出力部３９からは音が出力されるとともに、振動出力部３８により筐体５０が振動する。これにより、ユーザＵはウォーキングモードが正常に動作しているか否かを確認することができる。
【００６４】
また、ウォーキングモードの測定結果は、情報処理部１４に出力されるようになっており、メモリーカードやＵＳＢフラッシュメモリ等の記録媒体に記録されたり、無線通信手段等により外部機器に伝達されたりするようになっている。
【００６５】
したがって、上述の実施の形態によれば、筐体５０内に光電脈波センサ５と加速度センサ６が設けられているため、上述したリラクシングモード、ドライビングモード及びウォーキングモードの各種モードの測定を行うことができる。すなわち、同一の装置内における多機能化を図ることが可能になり、繰り返し使用した場合であってもユーザの興味を維持することができる。
また、ユーザＵが把持可能な筐体５０が、弾性材料により構成されているため、ユーザＵが筐体５０を握った際にはユーザの手に倣って筐体５０が弾性変形し、ユーザＵの手にフィットする。これにより、筐体５０を握ること自体でその感触に対してユーザＵの興味を惹きつけることができる。また、手軽で意匠性も良いため、ユーザＵはセンサボール１をアクセサリー感覚で携帯することができる。
【００６６】
ここで、筐体５０を握りながら脈波の測定を行うことで、ユーザＵの手を安定して保持することができる。さらに、指挿入部５８の内周面が充填材５５によって形成されているため、指先と光電脈波センサ５とをシールド部材を介して心地良く密着させることができる。すなわち、指挿入部５８内に指先を挿入するのみで、指先を安定して保持することができるため、操作性を向上させた上で、光電脈波センサ５と、指先との相対位置関係のバラツキが少なく、高精度なセンシングを行うことができる。
【００６７】
また、筐体５０が遮光性の材料により構成されているため、筐体５０外部からの外乱光を遮光して筐体５０内部に外乱光が侵入することを防ぐことができる。これにより、ＬＥＤ１１の光のみを脈波センサ本体１２により検出することができるため、野外等の使用であっても、より高精度なセンシングができ、ユーザＵの脈波を高精度に測定することができる。
【００６８】
なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述の実施形態では、球状の筐体を用いた場合について説明したが、ユーザＵが把持可能で、かつ車両のドリンクホルダー等に載置可能であれば、楕円形上や円柱形状等、適宜設計変更が可能である。
また、上述の実施形態では、センサ部５１と操作部５３とを分割可能に構成したが、球状等に一体形成された筐体を用いても構わない。この場合、筐体の表面上に表示部や操作ボタン等を配置することが可能である。
【００６９】
また、上述のドライビングモード演算部２８では、通常運転時や、急ブレーキ、急旋回、急加速時等の荒い運転に得られる加速度の波形パターンのマップを予め有するようにしてもよい。そして、これらマップと加速度解析手段２７で解析された加速度の電圧波形の信号とを比較することで、運転荒さの状態を判定するようにしてもよい。
さらに、ウォーキングモード演算部２９では、加速度センサ６により検出された電圧波形から一定時間内に何回振動したかを計測して、その振動回数を歩数としてカウントするようにしてもよい。
【００７０】
さらに、ＤＣバッテリ４４の代わりに乾電池等を用いても構わない。
また、制御ユニット１０に目標歩数等を設定し、目標歩数に達した時点で表示部８や出力部９で認識できるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施形態におけるセンサボールのブロック図である。
【図２】本発明の実施形態におけるセンサボールのクローズポジションにおける斜視図である。
【図３】本発明の実施形態におけるセンサボールのオープンポジションにおける斜視図である。
【図４】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図５】ユーザが装着時におけるセンサボールの斜視図である。
【図６】脈波解析手段で得られる周波数のパワースペクトルの波形を示すグラフである。
【図７】ドライビングモードを説明するためのセンサボールの斜視図である。
【図８】丁寧な運転時における加速度センサにより検出される電圧波形を示すグラフである。
【図９】荒い運転時における加速度センサにより検出される電圧波形を示すグラフである。
【図１０】時間に対する３軸方向における加速度の合成値の変動を示すグラフであり、（ａ）はノイズ除去前、（ｂ）はノイズ除去後を示している。
【符号の説明】
【００７２】
１…センサボール（バイタルサインセンサ）
５…光電脈波センサ
６…加速度センサ
８…表示部
９…出力部
１０…制御ユニット
１１…ＬＥＤ（発光素子）
１２…脈波センサ本体（受光素子）
１９…脈波演算部
２０…加速度演算部
２３…脈波パターンマッチング部
２４…リラックス度判定部
３１…第１加速度波形パターンマッチング部
３２…運転荒さ判別手段（姿勢判定部）
３５…第２加速度波形パターンマッチング部
３６…カウント手段
５０…筐体
５５…充填材
５８…指挿入部
Ｕ…ユーザ
【図１】
2010115235.tif 000003
【図２】
2010115235.tif 000004
【図３】
2010115235.tif 000005
【図４】
2010115235.tif 000006
【図５】
2010115235.tif 000007
【図６】
2010115235.tif 000008
【図７】
2010115235.tif 000009
【図８】
2010115235.tif 000010
【図９】
2010115235.tif 000011
【図１０】
2010115235.tif 000012