(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
心拍に基づく振動に応じて光信号の伝送状態が変化する光信号伝送手段を備え、光信号の伝送状態に基づいて心拍に関する心拍データを検知するよう成した心拍センサであって、前記光信号伝送手段は、発光素子が発光した光信号を伝搬して受光素子に受光させる平面状の光導波路と、屈折率１以上であって前記振動に応じて光導波路との相対的位置関係が変化する外乱部材と、を有してなることを特徴とする心拍センサ。
【請求項２】
前記発光素子及び受光素子並びに光導波路は、同一部材に所定の相対的位置関係を有して配設されたことを特徴とする請求項１記載の心拍センサ。
【請求項３】
心拍に基づく振動に応じて光信号の伝送状態が変化する光信号伝送手段を備え、光信号の伝送状態に基づいて心拍に関する心拍データを検知するよう成した心拍センサであって、前記光信号伝送手段は、光信号を伝搬する平面状の第１の光導波路と、第１の光導波路と光結合して光信号を伝搬し前記振動に応じて第１の光導波路との間の相対的位置関係が変化する平面状の第２の光導波路と、を有してなることを特徴とする心拍センサ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の心拍センサからなる検知部と、検知部により検知された心拍に関する心拍データに基づき人体の有無を判断して検知信号を出力する判断部と、を備えたことを特徴とする人体検知センサ。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載の心拍センサからなる異常検知部と、異常検知部により検知された心拍に関する心拍データに基づき人体が所定の状態に対して異常であるか否かを判断して警告信号を出力する異常判断部と、を備えたことを特徴とする人体異常検知センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、心拍センサ並びにこれを設けた人体検知センサ及び人体異常検知センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の心拍センサとして、手の指や手首等の肌面に取り付けられるものがある。このものは、肌面へ向かって発光する発光素子と、肌面により反射されてなる反射光を受光する受光素子と、を備えており、受光素子の受光した反射光の強度を測定することにより、肌面近くの血管を流れる血液の流動状態を検知して、その血液の流動状態に基づいて心拍数を計数する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した心拍センサにあっては、心拍数を計数しようとする測定者自身が、心拍数を計数しようと意識しない限り、手の指や手首等の肌面に取り付けられないのであるから、取り付けるのが面倒くさいとか、ついうっかり取り付けるのを忘れたりしてしまうと、心拍数を計数することができなくなってしまう。
【０００４】
本発明は、上記の点に着目してなされたもので、その目的とするところは、測定者自身が心拍数を計数しようと意識しなくても、心拍数を計数することができる心拍センサを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、請求項１記載の発明の心拍センサは、心拍に基づく振動に応じて光信号の伝送状態が変化する光信号伝送手段を備え、光信号の伝送状態に基づいて心拍に関する心拍データを検知するよう成した心拍センサであって、光信号伝送手段は、発光素子が発光した光信号を伝搬して受光素子に受光させる平面状の光導波路と、屈折率１以上であって振動に応じて光導波路との相対的位置関係が変化する外乱部材と、を有した構成にしている。
【０００６】
請求項２記載の発明の心拍センサは、請求項１記載の発明の心拍センサにおいて、前記発光素子及び受光素子並びに光導波路は、同一部材に所定の相対的位置関係を有して配設された構成にしている。
【０００７】
請求項３記載の発明の心拍センサは、心拍に基づく振動に応じて光信号の伝送状態が変化する光信号伝送手段を備え、光信号の伝送状態に基づいて心拍に関する心拍データを検知するよう成した心拍センサであって、前記光信号伝送手段は、光信号を伝搬する平面状の第１の光導波路と、第１の光導波路と光結合して光信号を伝搬し前記振動に応じて第１の光導波路との間の相対的位置関係が変化する平面状の第２の光導波路と、を有した構成にしている。
【０００８】
請求項４記載の発明の人体検知センサは、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の心拍センサからなる検知部と、検知部により検知された心拍に関する心拍データに基づき人体の有無を判断して検知信号を出力する判断部と、を備えた構成にしている。
【０００９】
請求項５記載の発明の人体異常検知センサは、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の心拍センサからなる異常検知部と、異常検知部により検知された心拍に関する心拍データに基づき人体が所定の状態に対して異常であるか否かを判断して警告信号を出力する異常判断部と、を備えた構成にしている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施形態の心拍センサS を図１乃至図４に基づいて以下に説明する。1 はプリント基板で、その表面に、発光素子1a、発光用集光ミラー1b、光導波路1c、受光素子1d、受光用集光ミラー1e、アンプ1f、フィルタ1g、マイクロコンピュータ1hが実装により配設されている。詳しくは、光導波路1cは、成形によって形成され、この成形時にグレーティング1jが同時成形されている。そして、この光導波路1cは、プリント基板1 に接着されることにより配設される。なお、この光導波路1cは、プリント基板1 を作成するときに、表面の一部に透明な樹脂をスピンコートにより薄く均一に形成して、グレーティング1jをフォトレジスト等により形成されることにより、構成されてもよい。屈折率１以上の外乱部材2が、光導波路1cに重合する状態で、心拍等の外部からの振動に応じて光導波路1cとの間の距離が変化して、光導波路1cとの間の相対的位置関係が変わるよう設けられている。この外乱部材2 は、光導波路1cと共に、心拍に基づく振動に応じて光信号の伝送状態が変化する光信号伝送手段3 を構成している。なお、この外乱部材2 としては、アクリル樹脂、ポリカーボネイト、スチロール、ガラス等が挙げられる。
【００１１】
次に、光信号の伝搬について説明する。発光素子1aから照射された光信号は、凹面鏡からなる発光用集光ミラー1bにより、光導波路1cの一端へ向かって反射される。この光導波路1cは、一端部にグレーティング1jが設けられているので、発光素子1aからの光信号を効率良く受光し、受光した光信号を他端側へと伝搬する。この光導波路1cは、他端部にもグレーティング1jが設けられているので、凹面鏡からなる受光用集光ミラー1eへ向かって、伝搬した光信号を効率良く照射して、受光用集光ミラー1eにより反射された光信号が、受光素子1dにより受光される。
【００１２】
光信号は、上記したように、光導波路1cにより伝搬されるわけであるが、詳しく述べると、光導波路1cの表面近くで伝搬されており、僅かながら外側へ染み出ながら伝搬されている。従って、外乱部材2 が、例えば、１０μｍ程度に接近すると、光導波路1c近辺の屈折率分布に変化をきたし、その屈折率分布によって、伝搬している光信号が影響を受けて、光信号の伝搬状態が変化するので、伝搬している光信号に損失が発生することになる。なお、この損失は、外乱部材2 と光導波路1cとの間の相対的位置関係の変化に基づいて変化するので、この光導波路1cでの光信号の伝搬状態に基づいて、このような損失の変化を起こさせる振動を検知することができる。
【００１３】
次に、図３に基づいて、信号処理について説明する。初めに、発光素子1aが、発光回路（図示せず）により電流駆動されて発光し、前述したように、光導波路1cにより光信号が伝搬されて、受光素子1dにより光信号が受光される。次に、受光素子1dに受光された光信号による電流は、電流電圧変換回路（図示せず）により、電圧信号に変換される。次に、その電圧信号は、アンプ1f内の増幅回路により増幅され、続いて、フィルタ1g内のフィルタ回路により、外乱ノイズが除去するフィルタリングを経て、心拍信号が取出される検波を行う。
【００１４】
次に、図４に基づいて、心拍信号について説明する。この実線で示された心拍信号は、本心拍センサS を椅子におけるお尻を載せる箇所に埋め込んだときに得られたものであり、３〜５毎秒の周波数成分を含んでいる。そして、この心拍信号の包絡線である点線の１周期が、心拍に対応しているので、心拍信号の波形をＡＤ変換してから、マイクロコンピュータ1hに入力すると、マイクロコンピュータ1hによって、信号波形を解析して、心拍に関する心拍データの一つである心拍数を計数することができる。
【００１５】
なお、発光素子1aを直流駆動するのではなく、ある周波数で変調をかけておき、その変調をかけられてなる周波数成分のみを増幅することにより、信号（Ｓ）／ノイズ（Ｎ）比を大きくすることができ、周囲のノイズが大きい場合でも、心拍信号を取出すことができる。
【００１６】
かかる心拍センサS にあっては、心拍に基づく振動に応じて伝送状態が変化する光信号のその伝送状態に基づいて、心拍に関する心拍データを検知するのであるから、人体が接触する箇所のうち、心拍に基づく振動が伝わる部分に適宜取り付けておくことによって、測定者自身が心拍数を計数しようと意識して人体の指や手首に取り付けなくても、心拍数を計数することができる。
【００１７】
また、屈折率１以上の外乱部材2 は、振動に応じて光導波路1cとの相対的位置関係が変化すると、光導波路1cでの光信号の伝搬状態が変動して、光信号の伝送状態が変化するので、光信号の伝送状態に基づいて、心拍に関する心拍データを検知することができる。
【００１８】
また、発光素子1a及び受光素子1d並びに光導波路1cが配設された部材であるプリント基板1 を設置することにより、発光素子1a及び受光素子1d並びに光導波路1cを別々に設置しなくてもよくなり、設置作業がやり易くなるとともに、発光素子1a及び受光素子1d並びに光導波路1cの相対的位置関係が所定の位置関係になっているので、特性のバラツキを抑えることができる。
【００１９】
次に、この心拍センサS が組み込まれた人体検知センサS1を図５に基づいて説明する。この人体検知センサS1は、例えば、ベッドに組み込まれたものであって、前述した心拍センサS からなる検知部8 、検知部8 からの心拍データに基づいて、人体の有無を判断する判断回路（判断部）9 を備えている。
【００２０】
詳しくは、判断回路9 は、心拍データである心拍信号の有無や心拍による振動に基づき、人体の有無を判断する。つまり、心拍信号の無いときは、当然のことながら、人体が存在しないし、心拍による振動には、常時、３〜５毎秒の周波数成分を含んでいるのであるから、この周波数成分が含まれていないときは、人体が存在しないと判断する。また、心拍信号の包絡線は、前述したように、周期的であるから、周期的でないときも、人体が存在しないと判断する。そして、判断回路9 は、人体の有無を判断した後に、判断結果を示す検知信号を出力する。
【００２１】
かかる人体検知センサS1にあっては、心拍センサS からなる検知部8 により検知された心拍データは、人体に固有のものであるから、判断部が、その心拍データに基づき、人体の有無を判断することでもって、人体の有無を信頼性高く検知することができる。
【００２２】
なお、この人体検知センサS1を乗り物や映画館等の興行施設の座席に組み込むことによって、空席状況を検知することができ、また、団体旅行をする観光バスの座席に組み込むことによって、人員把握をすることができ、また、病院の病棟のベッドに組み込むことによって、患者の在ベッド状況を把握することができるようになる。
【００２３】
次に、この心拍センサS が組み込まれた人体異常検知センサS2を図６乃至図７に基づいて説明する。この人体異常検知センサS2は、例えば、自動車の運転座席に組み込まれたものであって、前述した心拍センサS からなる検知部8 、検知部8 からの心拍データに基づいて、人体が所定の状態に対して異常であるか否かを判断する異常判断回路（異常判断部）10を備えている。
【００２４】
詳しくは、異常判断回路10は、心拍データである心拍数に基づいて、運転者の心の状態を検知して、運転者の体調の異変を検知したり、居眠り運転をしていないかどうかを判断する。つまり、心拍数が急激な変動しているときや心拍数が上限を超えて変動しているときは、緊張状態や急病により異常状態にあると判断し、心拍数が下限値を超えているときは、居眠り運転をしている可能性があると判断する。
【００２５】
なお、この異常判断回路10は、測距センサS3や超音波センサS4等の人体検知センサS5から出力された人体検知信号によって、異常検知が開始される。そして、判断回路9 は、人体が所定の状態に対して異常であると判断した後に、音声や画面表示により警告信号を出力したり、居眠り運転をしているときには覚醒のために振動を加えたりし、危険と感じられる程異常であると判断されたときには、自動者の停止させるよう、自動車の緊急ブレーキ11に、緊急停止する旨の信号を出力する。
【００２６】
かかる人体異常検知センサS2は、心拍センサS からなる検知部8 により検知された心拍データは、人体が異常のときに確実に変化するものであるから、異常判断回路10が、その心拍データに基づき、人体が所定の状態に対して異常であるか否かを判断することにより、人体の異常を信頼性高く検知することができる。
【００２７】
次に、本発明の第２実施形態の心拍センサS を図８に基づいて以下に説明する。なお、第１実施形態と実質的に同一の部材には同一の符号を付し、第１実施形態と異なるところのみ記す。第１実施形態では、光信号伝送手段3 は、発光素子1aが発光した光信号を伝搬して受光素子1dに受光させる光導波路1cと、屈折率１以上であって振動に応じて光導波路1cとの相対的位置関係が変化する外乱部材2と、を有した構成になっているのに対し、本実施形態では、光信号伝送手段3 は、光信号を伝搬する第１の光導波路1mと、第１の光導波路1mと光結合して光信号を伝搬し振動に応じて第１光導波路1mとの間の相対的位置関係が変化する第２の光導波路1nと、を有した構成になっている。
【００２８】
詳しくは、このものは、心拍に基づいた振動により、光信号を伝搬する第１の光導波路1mと第２の光導波路1nとの間の相対的位置関係を変えることにより、両光導波路間1m,1n での光信号の光結合状態を変化させて、両光導波路1m,1n での光信号の伝搬状態を変化させることに基づき、心拍データを検知する。これらの両光導波路1m,1n 間での光信号の光結合は、両光導波路1m,1n に設けられたグレーティング1j間の光結合によりなされている。
【００２９】
かかる心拍センサS にあっては、第１実施形態と同様に、人体が接触する箇所のうち、心拍に基づく振動が伝わる部分に適宜取り付けておくことによって、測定者自身が心拍数を計数しようと意識して人体の指や手首に取り付けなくても、心拍数を計数することができる。
【００３０】
また、心拍に基づいた振動に応じて第１の光導波路1mと第２の光導波路1nとの間の相対的位置関係が変化すると、第１の光導波路1mと第２の光導波路1nとの間の光結合状態が変化するから、両導波路1m,1n での光信号の伝搬状態が変動して、光信号の伝送状態が変化するので、光信号の伝送状態に基づいて、心拍に関する心拍データを検知することができる。
【００３１】
また、グレーティング1jは、僅かな位置変化であっても、光結合状態が変化する素子であるから、このような素子間で光信号を光結合させることにより、光結合状態の変化に基づいた心拍データの変化を精度良く検知することができる。
【００３２】
次に、この心拍センサS が組み込まれた人体異常検知センサS2を図９乃至図１１に基づいて説明する。この人体異常検知センサS2は、例えば、洋式トイレの便座シート15a 及び床面シート15b として設けられたものであって、前述した心拍センサS からなる検知部8 、検知部8 からの心拍データに基づいて、人体が所定の状態に対して異常であるか否かを判断する異常判断回路（異常判断部）10を備えている。
【００３３】
詳しくは、異常判断回路10は、心拍データである心拍数に基づいて、トイレに入っている人体の健康状態を検知して、トイレに入っている人体の体調の急激な変化が起きていないかどうかを判断する。つまり、心拍数が急激な変動しているときや心拍数が上限を超えて変動しているときは、急激な血圧上昇や興奮状態といった人体の体調の急激な変化が起きた異常状態にあると判断し、心拍数が上限を超えて変動しているときは、心臓機能の急激な低下による異常状態にあると判断する。さらには、心拍数が検知されていないときにな、心臓停止といった極めて重大な異常状態になっていると判断する。
【００３４】
なお、この異常判断回路10は、測距センサS3、熱線センサS6、超音波センサS4等の人体検知センサS5から出力された人体検知信号によって、異常検知が開始される。そして、判断回路9 は、人体が所定の状態に対して異常であると判断した後に、音声や画面表示により、トイレの外部へ警告信号を出力し、救助を促すようにしている。
【００３５】
かかる人体異常検知センサS2は、心拍センサS からなる検知部8 により検知された心拍データは、人体が異常のときに確実に変化するものであるから、異常判断部が、その心拍データに基づき、人体が所定の状態に対して異常であるか否かを判断することでもって、人体の異常を信頼性高く検知することができる。
【００３６】
なお、第１実施形態では、発光素子1a及び受光素子1d並びに光導波路1cは、プリント板に所定の相対的位置関係を有して配設されているが、プリント基板1 に配設されるものに限るわけではなく、個々に配設されてもよい。
【００３７】
また、人体検知センサS1は、第１実施形態の心拍センサS が組み込まれてなるが、第２実施形態の心拍センサSが組み込まれたものでも、同様の効果を奏することができる。
【００３８】
また、第１実施形態の人体異常検知センサS2に、第２実施形態の心拍センサSが組み込まれたものや、第２実施形態の人体異常検知センサS2に、第１実施形態の心拍センサSが組み込まれたものでも、同様の効果を奏することができる。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の心拍センサは、光信号伝送手段の屈折率１以上の外乱部材が、心拍に基づく振動に応じて光導波路との相対的位置関係が変化すると、光導波路での光信号の伝搬状態が変動し、光信号の伝送状態が変化することにより、心拍に関する心拍データが検知されるので、人体が接触する箇所のうち、心拍に基づく振動が伝わる部分に適宜取り付けておくことによって、測定者自身が心拍数を計数しようと意識して人体の指や手首に取り付けなくても、心拍数を計数することができる。
【００４０】
請求項２記載の心拍センサは、請求項１記載の発明の効果に加え、発光素子及び受光素子並びに光導波路が所定の相対的位置関係を有して配設された部材を設置することにより、発光素子及び受光素子並びに光導波路を別々に設置しなくてもよくなり、設置作業がやり易くなる。
【００４１】
請求項３記載の発明の心拍センサは、心拍に基づく振動に応じて光信号伝送手段の第１の光導波路と第２の光導波路との間の相対的位置関係が変化すると、第１の光導波路と第２の光導波路との間の光結合状態が変化するから、両導波路での光信号の伝搬状態が変動して、光信号の伝送状態が変化することにより、心拍に関する心拍データが検知されるので、人体が接触する箇所のうち、心拍に基づく振動が伝わる部分に適宜取り付けておくことによって、測定者自身が心拍数を計数しようと意識して人体の指や手首に取り付けなくても、心拍数を計数することができる。
【００４２】
請求項４記載の発明の人体検知センサは、請求項１乃至３のいずれかに記載の心拍センサからなる検知部により検知された心拍データは、人体に固有のものであるから、判断部が、その心拍データに基づき、人体の有無を判断することでもって、人体の有無を信頼性高く検知することができる。
【００４３】
請求項５記載の発明の人体異常検知センサは、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の心拍センサからなる検知部により検知された心拍データは、人体が異常のときに確実に変化するものであるから、異常判断部が、その心拍データに基づき、人体が所定の状態に対して異常であるか否かを判断することでもって、人体の異常を信頼性高く検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す正面図である。
【図２】同上の平面図である。
【図３】同上による処理を示す説明図である。
【図４】同上による出力信号の説明図である。
【図５】同上の心拍センサを組み込んだ人体検知センサのブロック図である。
【図６】同上の心拍センサを組み込んだ人体異常検知センサのブロック図である。
【図７】図６に示した人体異常検知センサを搭載した自動車の内部の概略図である。
【図８】本発明の第２実施形態の両光導波路の間で光結合している状態を示す斜視図である。
【図９】同上の心拍センサを組み込んだ人体異常検知センサのブロック図である。
【図１０】図９の人体異常検知センサが配設されたトイレの側面図である。
【図１１】図９の人体異常検知センサが配設されたトイレの平面図である。
【符号の説明】
1a  発光素子
1d  受光素子
1c  光導波路
1m  第１の光導波路
1n  第２の光導波路
2   外乱部材
3   光信号伝送手段
8   検知部
9   判断回路（判断部）
10  異常判断回路（異常判断部）
S   心拍センサ
S1  人体検知センサ
S2  人体異常検知センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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