(57)【要約】【課題】機械を操作する運転者の正確な生体情報を運転者の操作中の動作から取得し、その結果を室内環境に反映させる室内環境制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る室内環境制御装置は、運転者が機械を操作する操作装置がある室内の環境を運転者の生体情報に基づいて調整する室内環境制御装置であって、運転者が接触することで運転者の体内へレーザ光を照射する発光素子及び運転者の体内から前記レーザ光に基づく散乱光を受光して電気信号を出力する受光素子を有するセンサプローブ部と、前記センサプローブ部からの前記電気信号から運転者の生体情報を解析し、室内環境を調整する指示信号を出力する本体部と、を備え、前記センサプローブ部は、前記操作装置に取付部材で固定されていることを特徴とする。【選択図】図１
2008272082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者が機械を操作する操作装置がある室内の環境を運転者の生体情報に基づいて調整する室内環境制御装置であって、
運転者が接触することで運転者の体内へレーザ光を照射する発光素子及び運転者の体内から前記レーザ光に基づく散乱光を受光して電気信号を出力する受光素子を有するセンサプローブ部と、
前記センサプローブ部からの前記電気信号から運転者の生体情報を解析し、室内環境を調整する指示信号を出力する本体部と、
を備え、前記センサプローブ部は、前記操作装置に取付部材で固定されていることを特徴とする室内環境制御装置。
【請求項２】
運転者が機械を操作する操作装置がある室内の環境を運転者の生体情報に基づいて調整する室内環境制御装置であって、
運転者が接触することで運転者の体内へレーザ光を照射する発光素子及び運転者の体内から前記レーザ光に基づく散乱光を受光して電気信号を出力する受光素子を有するセンサプローブ部と、
前記センサプローブ部からの前記電気信号から運転者の生体情報を解析し、室内環境を調整する指示信号を出力する本体部と、
を備え、前記センサプローブ部は、前記操作装置の運転者が接触する位置に、前記発光素子が運転者の体内にレーザ光を照射でき、前記受光素子が運転者の体内からの散乱光を受光できる向きで埋め込まれていることを特徴とする室内環境制御装置。
【請求項３】
前記受光素子は、前記発光素子が照射するレーザ光が運転者の血流で散乱した散乱光を受光することを特徴とする請求項１又は２に記載の室内環境制御装置。
【請求項４】
前記本体部は、運転者の生体情報から運転者のストレス状態を解析することを特徴とする請求項１から３に記載のいずれかの室内環境制御装置。
【請求項５】
前記機械は自動車であり、前記操作装置はステアリングホイールであることを特徴とする請求項１から４に記載のいずれかの室内環境制御装置。
【請求項６】
前記機械は自動車であり、前記操作装置はシフトレバーであることを特徴とする請求項１から４に記載のいずれかの室内環境制御装置。
【請求項７】
前記機械は飛行機であり、前記操作装置は操縦桿であることを特徴とする請求項１から４に記載のいずれかの室内環境制御装置。
【請求項８】
前記機械は船であり、前記操作装置は操舵輪であることを特徴とする請求項１から４に記載のいずれかの室内環境制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は運転者が機械を操作する操作装置がある室内の環境を運転者の生体情報に基づいて調整する室内環境制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両の室内環境を調節し、乗員の生理状態を改善する生理状態改善装置が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。特許文献１には、車両の各乗員から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よって検出された生体情報に基いて、各乗員の生理状態を判断する生理状態判断手段と、生理状態判断手段によって判断された生理状態に基いて、車両の室内環境を調節する環境調節手段とを備え、環境調節手段が各乗員の生理状態に基いて室内環境を調節することによって、各乗員の生理状態を改善することが記載されている。特許文献１のシステムが備える生体情報検出手段は、各乗員に付けられたリストバンド、座席に設置されたセンサおよび車両に設けられたカメラなどである。
【特許文献１】特開２００６−１０２３６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、これらの生体情報検出手段は、衣服を介しての測定のため測定精度に課題があり、リストバンドを装着しなければならないという運転者への負担という課題があった。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、機械を操作する運転者の正確な生体情報を運転者の操作中の動作から取得し、その結果を室内環境に反映させる室内環境制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するために、本発明に係る室内環境制御装置は、運転者の皮膚を介して直接生体情報を取得するセンサプローブを機械の操作装置に配置した。
【０００６】
具体的には、本発明に係る室内環境制御装置は、運転者が機械を操作する操作装置がある室内の環境を運転者の生体情報に基づいて調整する室内環境制御装置であって、運転者が接触することで運転者の体内へレーザ光を照射する発光素子及び運転者の体内から前記レーザ光に基づく散乱光を受光して電気信号を出力する受光素子を有するセンサプローブ部と、前記センサプローブ部からの前記電気信号から運転者の生体情報を解析し、室内環境を調整する指示信号を出力する本体部と、を備え、前記センサプローブ部は、前記操作装置に取付部材で固定されていることを特徴とする。
【０００７】
運転者がセンサプローブ部を操作装置の任意の箇所に取り付けることで、運転者は機械の操作装置から手を離さずにセンサプローブに触れることができる。
【０００８】
また、本発明に係る室内環境制御装置は、運転者が機械を操作する操作装置がある室内の環境を運転者の生体情報に基づいて調整する室内環境制御装置であって、運転者が接触することで運転者の体内へレーザ光を照射する発光素子及び運転者の体内から前記レーザ光に基づく散乱光を受光して電気信号を出力する受光素子を有するセンサプローブ部と、前記センサプローブ部からの前記電気信号から運転者の生体情報を解析し、室内環境を調整する指示信号を出力する本体部と、を備え、前記センサプローブ部は、前記操作装置の運転者が接触する位置に、前記発光素子が運転者の体内にレーザ光を照射でき、前記受光素子が運転者の体内からの散乱光を受光できる向きで埋め込まれていることを特徴とする。
【０００９】
センサプローブ部が直接手で触れる操作装置に埋め込まれているため、運転者は運転中常にセンサプローブ部に触れることになる。
【００１０】
本発明に係る室内環境制御装置の前記受光素子は、前記発光素子が照射するレーザ光が運転者の血流で散乱した散乱光を受光することを特徴とする。末梢血管の血流を運転者の状態を判断する指標とすることができる。血流から血流量、脈拍及び心拍間隔を測定することができる。
【００１１】
本発明に係る室内環境制御装置の前記本体部は、運転者の生体情報から運転者のストレス状態を解析することを特徴とする。室内環境制御装置は運転者のストレスを緩和するように室内の環境を制御することができる。
【００１２】
本発明に係る室内環境制御装置の前記機械は自動車であり、前記操作装置はステアリングホイールであってもよい。
【００１３】
本発明に係る室内環境制御装置の前記機械は自動車であり、前記操作装置はシフトレバーであってもよい。
【００１４】
本発明に係る室内環境制御装置の前記機械は飛行機であり、前記操作装置は操縦桿であってもよい。
【００１５】
本発明に係る室内環境制御装置の前記機械は船であり、前記操作装置は操舵輪であってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、機械を操作する運転者の正確な生体情報を運転者の操作中の動作から取得し、その結果を室内環境に反映させる室内環境制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００１８】
（実施の形態１）
本実施形態の室内環境制御装置は、運転者が機械を操作する操作装置がある室内の環境を運転者の生体情報に基づいて調整する室内環境制御装置であって、運転者が接触することで運転者の体内へレーザ光を照射する発光素子及び運転者の体内から前記レーザ光に基づく散乱光を受光して電気信号を出力する受光素子を有するセンサプローブ部と、前記センサプローブ部からの前記電気信号から運転者の生体情報を解析し、室内環境を調整する指示信号を出力する本体部と、を備え、前記センサプローブ部は、前記操作装置に取付部材で固定されていることを特徴とする。
【００１９】
本実施形態の室内環境制御装置８０１の概略図を図１に示す。室内環境制御装置８０１は、センサプローブ部１１、本体部１２、取付部材１３及びエアコン１４を備える。センサプローブ部１１は、発光素子１１１及び受光素子１１２を有する。発光素子１１１は、例えば、１．３μＤＦＢレーザである。発光素子１１１は、開口部１１５から運転者の体内へレーザ光を照射する。受光素子１１２は、例えば、フォトダイオードである。受光素子１１２は、開口部１１５を介して運転者の体内から前記レーザ光に基づく散乱光を受光して電気信号を出力する。例えば、受光素子１１２は、前記発光素子が照射するレーザ光が運転者の血流で散乱した散乱光を受光する。なお、発光素子１１１も受光素子１１２も上記例に限定されることはない。
【００２０】
本体部１２は、電気配線１５１を通じてセンサプローブ部１１から電気信号を受信し、運転者の生体情報を解析し、室内環境を調整する指示信号をエアコン１４に出力する。例えば、本体部１２は、運転者の生体情報から運転者のストレス状態を解析する。運転者のストレス状態とは、例えば、眠気、疲労、緊張又は焦燥である。
【００２１】
エアコン１４は本体部１２からの指示信号に基づき、風量、室内の温度、湿度を設定する。また、必要に応じて、眠気を覚ますような音や香り、振動を発生してもよい。
【００２２】
取付部材１３は、センサプローブ部１１を表面の一部に配置し、本体部１２をセンサプローブ部１１と反対側に配置する。取付部材１３は、取付機構１３１を有し、取付機構１３１で機械の操作装置に固定される。例えば、前記機械は自動車であり、前記操作装置はステアリングホイールである。
【００２３】
図２は、室内環境制御装置８０１を自動車のステアリングホイール３に取り付けた状態を示した図である。運転者は、自動車の運転中はステアリングホイール３を常に触れており、運転者の手を添える付近に室内環境制御装置８０１を取り付けることで、運転者はステアリングホイール３から手を離さずにセンサプローブ部１１に触れることができる。
【００２４】
運転者の指先がセンサプローブ部１１に触れることで、室内環境制御装置８０１は運転者の指先の血流から生体情報を取得することができる。この生体情報に基づき、取付部材１３の裏面に配置した本体部１２（図示せず）がエアコン１４に指示信号を出すことで自動車の車内は快適な状態を保つことができる。そのため、運転者のストレスが低減され、事故を未然に防止することができる。
【００２５】
次に、センサプローブ部１１及び本体部１２の構成を図３のブロック図を用いて詳しく説明する。センサプローブ部１１は発光素子１１１、受光素子１１２及び増幅器１１３を有している。発光素子１１１は基板１１０に搭載され運転者９００ヘレーザ光Ｐを照射する。受光素子１１２は発光素子１１１に隣接して基板１１０に搭載される。受光素子１１２は運転者９００からの散乱光Ｓを受光し、散乱光Ｓの受光強度に応じた散乱光強度信号Ａ１を出力する。増幅器１１３は基板１１０に近接して配置される。このように増幅器１１３を配置することで散乱光強度信号Ａ１が微弱であってもノイズの混入を防ぐことができる。増幅器１１３は入力された信号の特定の周波数範囲を抽出し、所定の利得で増幅してアナログ信号Ａ２を出力する。
【００２６】
基板１１０は、例えば半導体基板とすることができる。例えば、基板１１０には特開２００２‐３３０９３６に記載されるような集積化の公知技術を用いて発光素子１１１及び受光素子１１２を搭載することができる。図４は、発光素子１１１及び受光素子１１２を基板１１０へ搭載したセンサヘッド４０を示す図である。導波路４０１は、発光素子１１１からの光を発散又は集束させることで図３で説明したレーザ光Ｐ（図示せず）とすることができ、レーザ光Ｐを運転者９００（図示せず）に向けて出射する。導波路４０１は基板１１０に搭載されている。また、遮蔽ブロック４０４は、発光素子１１１からの光が直接受光素子１１２に入射するのを防ぐため、発光素子１１１と受光素子１１２のそれぞれを囲い込む形のブロックである。遮蔽ブロック４０４は基板１１０に接合される。このような構造のセンサヘッド４０は小型にすることができる。また、センサヘッド４０は光ファイバの取り回しが不要であるため、光ファイバによる擾乱に起因するノイズが発生せず、正確な生体情報を取得することができる。
【００２７】
現在市販されている１．３μＤＦＢレーザ及びフォトダイオードのサイズから、遮蔽ブロック４０４を取り付けた場合でも、センサヘッド４０のサイズは横幅約２．５ｍｍ、縦幅約３．５ｍｍ、厚み約２ｍｍ程度である。センサヘッド４０が小型化できるため、図１で説明したセンサプローブ部１１もフレキシブルシート又はウレタン・フォーム製のクッションなど扁平な基材に埋設することができる。また、基板１１０の表面に発光素子１１１、受光素子１１２及び導波路４０１を２次元的に配置するため、光部品を３次元的に組み立てる従来のセンサヘッドより光軸合わせや調整の工程を不要とすることができ製造コストを安価にすることも可能となる。
【００２８】
図３を利用して本体部１２の説明をする。本体部１２は、ローパスフィルタ１２１、アナログ‐デジタル変換器１２２、信号処理回路１２３、インターフェース回路１２４、電源回路１２５、発光素子駆動回路１２６及び環境コントローラ１２７を有する。ローパスフィルタ１２１は入力される信号から設定されるカットオフ周波数以上の周波数成分を除去して出力する電気回路であり、アナログ信号線１５１−１に重畳するノイズを除去する。アナログ‐デジタル変換器１２２は、アナログ信号Ａ３を所定の周波数でサンプリングを行い、量子化してデジタル信号Ｄ１を出力する。
【００２９】
信号処理回路１２３は、デジタル信号Ｄ１を所定の規則に従い処理を行なう電気回路である。信号処理回路１２３は大量のデジタル信号のデータを高速に処理できるため、デジタル信号Ｄ１を処理した結果をリアルタイムで出力することができる。例えば、信号処理回路１２３はＤＳＰである。インターフェース回路１２４は、外部の周辺機器と通信ができるように、信号処理回路１２３の出力Ｄ２を所定の規格の信号に変換する電気回路である。例えば、インターフェース回路１２４は入力された信号をＲＳ−２３２Ｃ規格の信号に変換する回路である。環境コントローラ１２７は、インターフェース回路１２４の出力Ｄ３に基づきエアコン１４に対して室内環境を調整する指示信号Ｄ４を出力する。
【００３０】
エアコン１４は、指示信号Ｄ４に基づき室内環境を調整する空調機である。エアコン１４は、例えば、室内の温度、湿度、気流の流れ、香り、マイナスイオン、排気、吸気、空調の風量を調整することができる。なお、本実施例では、エアコン１４を記載しているが、運転者のシートに配置した振動器、音源又はメッセージ表示器でもよい。
【００３１】
発光素子駆動回路１２６は、発光素子１１１への電力を供給すると共に発光素子１１１のオンオフ及び強度を制御する電気回路である。電源回路１２５は、アナログ‐デジタル変換器１２２、信号処理回路１２３、インターフェース回路１２４、発光素子駆動回路１２６及び環境コントローラ１２７へ電力線２０５を介して電力を供給する電気回路である。また、電源回路１２５は、センサプローブ部１１へも電力を供給する。電源回路１２５は、交流を直流に変換する回路、電圧変換回路、電圧安定化回路を含む。また、電源回路１２５の電源は電池であってもよい。
【００３２】
センサプローブ部１１に接続される電気配線１５１は、増幅器１１３とアナログ‐デジタル変換器１２２とを接続するアナログ信号線１５１−１、発光素子駆動回路１２６と発光素子１１１とを接続する発光素子駆動線１５１−２及び電源回路１２５と基板１１０及び増幅器１１３とを接続する電源線１５１−３を有する。例えば、アナログ信号線１５１−１、発光素子駆動線１５１−２及び電源線１５１−３はまとめられ、取付部材１３の内部に収容される。従って、室内環境制御装置８０１は光ファイバを介さずにセンサプローブ部１１と本体部１２とを接続できるため、光ファイバの擾乱に起因するノイズは発生せず、正確な生体情報を取得することができる。
【００３３】
図５に示すブロック図のような構成の室内環境制御装置８０２でも図３の室内環境制御装置８０１と同様に運転者９００の生体情報を取得できる。図３の室内環境制御装置８０１と図５の室内環境制御装置８０２との違いは、図５のセンサプローブ部１１がアナログ‐デジタル変換器１１４をさらに備えていること及び図５の本体部１２にローパスフィルタ１２１及びアナログ‐デジタル変換器１２２が無いことである。また、電気配線１５１は、アナログ信号線１５１−１の代替としてデジタル信号線１５１−４を持つ。
【００３４】
アナログ‐デジタル変換器１１４は図３で説明したアナログ‐デジタル変換器１２２と同様の機能を持つ。室内環境制御装置８０２は、増幅器１１３から出力されたアナログ信号Ａ２をアナログ‐デジタル変換器１１４ですぐにデジタル信号Ｄ１に変換する。そのため、センサプローブ部１１と本体部１２との間の電気配線１５１で受けるノイズの影響を低減することができ、高精度な血流測定が可能となる。デジタル信号であるから、本体部１２にはローパスフィルタ１２１が不要である。
【００３５】
室内環境制御装置８０１及び室内環境制御装置８０２は、次のように運転者９００の生体情報を取得することができる。なお、本実施例では、生体情報は運転者９００の血流として説明する。発光素子１１１からのレーザ光Ｐにより、運転者９００の体内で、静止した生体組織から散乱した光と生体組織の毛細血管中を移動している赤血球（散乱粒子）から散乱した光（血液速度に応じてドップラーシフトΔｆを受けた光）とが生ずる。受光素子１１２は、これらの光が干渉した散乱光Ｓを検出（ヘテロダイン検波）し、散乱光強度信号Ａ１を出力する。増幅器１１３は、散乱強度信号Ａ１のうち散乱光の干渉成分を増幅する。アナログ‐デジタル変換器１２２又はアナログ‐デジタル変換器１１４は、アナログ信号Ａ２をデジタル信号Ｄ１に変換する。信号処理回路１２３は、デジタル信号Ｄ１の信号処理を行い散乱光Ｓの干渉成分の周波数解析を行う。散乱光Ｓの干渉成分の周波数は血流速度に相当し、散乱光の強度は移動している血液量に相当する。そのため、血流速度と血液量との積で血流量が求められる。さらに、散乱信号波形には、脈拍による変調成分もあり脈拍の検出も可能である。そして、信号処理回路１２３は周波数解析の結果を生体情報としてインターフェース回路１２４を介して環境コントローラ１２７に出力する。
【００３６】
環境コントローラ１２７は、血流量の変化に対してどのようにどのような指示信号Ｄ４を出力するかを、予め実験データから組み込んでおいても良い。例えば、環境コントローラ１２７は、血流量の変動によって運転者のストレスが上昇していることを判断し、室内温度を下げる指示信号Ｄ４を出力してもよい。また、血流量が減少した生体情報を得た場合には、運転者の疲労や眠気が生じているため、風量を増加させる指示信号Ｄ４や香りを発生させる指示信号Ｄ４を出力する。また、振動器、音源又はメッセージ表示器に指示信号Ｄ４を出力してもよい。これらの設定は運転者別に設定してもよい。
【００３７】
センサプローブ部１１に体温や発汗センサなどを組み込めれば同時に複数の生理情報を検出することができ、運転者のストレスをより正確に判断できる。その結果も含めてエアコン１４を制御すれば、運転者の快適度はさらに向上する。
【００３８】
（実施の形態２）
本実施形態の室内環境制御装置は、運転者が機械を操作する操作装置がある室内の環境を運転者の生体情報に基づいて調整する室内環境制御装置であって、運転者が接触することで運転者の体内へレーザ光を照射する発光素子及び運転者の体内から前記レーザ光に基づく散乱光を受光して電気信号を出力する受光素子を有するセンサプローブ部と、前記センサプローブ部からの前記電気信号から運転者の生体情報を解析し、室内環境を調整する指示信号を出力する本体部と、を備え、前記センサプローブ部は、前記操作装置の運転者が接触する位置に、前記発光素子が運転者の体内にレーザ光を照射でき、前記受光素子が運転者の体内からの散乱光を受光できる向きで埋め込まれていることを特徴とする。
【００３９】
本実施形態の室内環境制御装置８０３の概略図を図６に示す。室内環境制御装置８０３と図１の室内環境制御装置８０１との違いは、室内環境制御装置８０２が取付部材１３を備えていないことである。図６の室内環境制御装置８０３のセンサプローブ部１１は図７の具体例のように直接操作装置であるステアリングホイール３に埋め込まれている。具体的には、センサプローブ部１１は、操作装置の運転者９００が接触する位置に、発光素子１１１が運転者９００の体内にレーザ光を照射でき、受光素子１１２が運転者９００の体内からの散乱光を受光できる向きで埋め込まれている。本体部１２は室内の任意の場所に設置することができる。この場合、センサプローブ部１１の数は複数であることが好ましい。
【００４０】
運転者９００は運転中のほとんどの時間においてステアリングホイール３を握っており、指先表面が接する可能性のあるステアリングホイール３の表面に複数のセンサプローブ部１１を埋め込むことで、室内環境制御装置８０３は運転者９００の血流を概ね継続的に計測することが可能である。
【００４１】
室内環境制御装置８０３は、図１から図５で説明した室内環境制御装置８０１及び室内環境制御装置８０２と同様に運転者９００の血流を生体情報として検出し、その結果を室内環境に反映させることができる。
【００４２】
（他の実施形態）
本実施形態の室内環境制御装置のセンサプローブ部が取り付けられる操作装置は、自動車のシフトレバーであってもよい。また、前記機械は飛行機であり、前記操作装置は操縦桿であってもよい。さらに、前記機械は船であり、前記操作装置は操舵輪であってもよい。
【００４３】
（センサヘッドの他の例）
図４で基板１１０に搭載するセンサヘッドの一例を示した。以下にセンサヘッドの他の例を示す。
［センサヘッド５０］
センサヘッド５０について図８を用いて説明する。図８は第一の実施形態のセンサヘッドの鳥瞰図である。絶縁性材料である絶縁基板１１０ａ上に電気配線１８２、１８３、１８４、１８５が形成され、電気配線１８２は受光素子用のアノード、電気配線１８３は受光素子用のカソードであり、微小信号検出のために増幅器（図示せず）へと接続されている。電気配線１８５は発光素子用のアノード、電気配線１８４は発光素子用のカソードであり、図３で説明した発光素子駆動回路１２６へと接続される。
【００４４】
電気配線１８４の上にはんだ膜（図示せず）を介して発光素子１１１（面発光ＬＤ）が形成されている。同様に電気配線１８３の上にはんだ膜（図示せず）を介して受光素子１１２（面入射ＰＤ）が形成される。
【００４５】
また、受光素子１１２の上面にも電極があり、ワイヤボンディングによって、電気配線１８２に接続される。ここはアノード（プラス極）に接続されている。
【００４６】
さらに発光素子１１１の上面にも電極があり、ワイヤボンディングによって、電気配線１８５に接続され、ここには発光素子駆動回路１２６からのアノード（プラス極）から電流が注入される。さらに基板上には、発光素子１１１から受光素子１１２へ直接くる光を避けるため受光素子１１２を囲むように遮光枠１８７が設けられる。発光素子１１１は絶縁基板１１０ａの上方の運転者９００（図示せず）に向けてレーザ光Ｐ（図示せず）を照射する。遮光枠１８７により、受光素子１１２は発光素子１１１からの直接光の影響を受けず、運転者９００（図示せず）からの散乱光Ｓ（図示せず）を受光できる。
【００４７】
すなわち、センサヘッドで受光する毛細血管内の赤血球からの散乱光（ドップラーシフトした光）により強度変調された散乱光成分は、数１００ｐＷ程度と非常に微弱なため、遮光枠１８７を設けないと信号のＳ／Ｎ比が悪くなる。この遮光枠１８７が無い状態では、微弱なドップラーシフトした散乱光成分の強度が埋もれてしまい、血流速度の検出ができない。
【００４８】
センサヘッドを上記のような絶縁基板１１０ａと、その上の電気配線１８２〜１８５と、遮光枠１８７とを用いる構成にしたことにより、安価な材料かつ少ない工程で形成でき、製造コストが安価となる。
【００４９】
［センサヘッド５１］
センサヘッド５１について図９を用いて説明する。図９はセンサヘッド５１の受光素子側の部分の鳥瞰図である。
【００５０】
センサヘッド５１は、発光素子側の部分はセンサヘッド５０と同様の構成とすることができる。センサヘッド５１の基本的な構成はセンサヘッド５０と同様であるが、受光素子に対して発光素子から直接入射する光を遮蔽するために、遮光枠の変わりに遮光キャップ２８７を用いている。遮光キャップ２８７は直方体のキャップの上面に孔２８９が開いたものであり、遮光枠に比較して受光できる光量が少ないという短所があるが、背景からの光を遮蔽するために信号のＳ／Ｎ比が良くなるという長所がある。基本的動作はセンサヘッド５０と同様である。
【００５１】
［センサヘッド５２］
センサヘッド５２について図１０を用いて説明する。図１０はセンサヘッド５２の発光素子１１１ａ側の部分の鳥瞰図である。
【００５２】
センサヘッド５２は、受光素子側の部分はセンサヘッド５０もしくはセンサヘッド５１と同様の構成とすることができる。センサヘッド５２は、基本的な構成はセンサヘッド５０、５１と同様であるが、端面出射型の発光素子１１１ａを用いている点が異なる。
【００５３】
また、端面出射されるレーザ光を垂直上方へと進行方向を変えるための９０度折り曲げ鏡２８５が設置されている。この９０度折り曲げ鏡２８５は直角二等辺三角形のプリズム柱の斜辺面に金属蒸着等で鏡面を形成したものである。面発光型の発光素子を用いた場合と比較して、９０度折り曲げ鏡２８５を必要とするため部品点数が多くなりコスト増要因となるという短所があるが、端面出射型の発光素子は選択可能な波長帯域が広く、また光通信用の高品質なレーザが使用でき、特に長寿命かつ安定な波長１．３μｍの分布帰還レーザを使用することができるという利点がある。また、プリズムの材料はガラスや溶融石英などが考えられるが、プラスチックで作製すれば射出成型の方法で大量生産が可能になるという利点がある。基本的動作はセンサヘッド５０と同様である。
【００５４】
［センサヘッド８０］
センサヘッド８０について図１１を用いて説明する。図１１（ａ）はセンサヘッド８０の上面図であり、図１１（ｂ）はＡ−Ａ’線におけるセンサヘッド８０の断面図である。センサヘッド８０は絶縁基板１１０ａ、キャップ２１３、発光素子１１１及び受光素子１１２を備える。
【００５５】
キャップ２１３は出射窓１９ａ及び入射窓１９ｂを有する。出射窓１９ａの大きさは、３００μｍ−１０００μｍ程度であり、入射窓１９ｂの大きさは１００μｍ−５００μｍ程度であるが、本実施例では双方ともに５００μｍとして説明する。キャップ２１３は不透明なプラスチックや金属で形成される。キャップ２１３がプラスチックで形成される場合、表面を金属のような導電性膜で被覆してもよい。キャップ２１３をプラスチック射出成型の方法で形成し金属薄膜で表面を被覆すれば大量生産が可能になり、光学センサの製造コストを低減することができる。
【００５６】
図１１に示すように、発光素子１１１のカソード（発光面と反対の側）は電気配線１８４上にはんだ膜を介して接続され、発光素子１１１は絶縁基板１１０ａ上に実装される。発光素子１１１のアノード（発光面側）はワイヤ１６９で電気配線１８５と接続される。受光素子１１２も発光素子１１１と同様に絶縁基板１１０ａ上に実装される。なお、受光素子１１２のアノードは電気配線１８２に接続され、カソードは電気配線１８３に接続される。なお、符号が同一の電気配線は絶縁基板１１０ａ上で繋がっている。
【００５７】
キャップ２１３は発光素子１１１及び受光素子１１２を覆うように絶縁基板１１０ａ上に実装される。キャップ２１３の絶縁基板１１０ａ上の位置は、発光素子１１１からの光が出射窓１９ａを通過して外部の被検体を照射でき、外部からの光が入射窓１９ｂを通過して受光素子１１２が受光できる位置とする。
【００５８】
キャップ２１３は導電性を有するため、キャップ２１３と絶縁基板１１０ａ上の電気配線と電気的に導通しないようにキャップ２１３と電気配線１８２から電気配線１８５との接触点はレジスト等の絶縁膜１７５で覆われている。キャップ２１３が導電性を有さない場合、絶縁膜１７５は不要である。
【００５９】
センサヘッド８０は、外部の駆動回路（図示せず）から電流が供給されて発光素子１１１が発光し、出射窓１９ａを通じて外部の被検体に光を照射することができる。なお、発光素子１１１からの光のうちキャップ２１３内で反射する光を低減するため、キャップ２１３の発光素子１１１を覆う側（キャップ２１３の内側）に反射防止膜を付してもよい。
【００６０】
一方、受光素子１１２は、外部からの光のうち生体情報測定に必要な光のみを入射窓１９ｂを通じて受光し、電気信号に変換して電気配線１８３に出力する。従って、センサヘッド８０は外部の被検体で散乱した散乱光に対応する電気信号を電気配線１８３から出力する。
【００６１】
発光素子１１１及び受光素子１１２を電気配線パタンを施しただけの安価な平面の絶縁基板１１０ａ上に実装し、さらに発光素子１１１及び受光素子１１２を覆うようにキャップ２１３を実装するだけであり、センサヘッド８０は低コストで製造できる。また、センサヘッド８０は、図９のセンサヘッド５１と同様に、背景からの光を遮蔽するために信号のＳ／Ｎ比が良くなるという長所がある。
【００６２】
［センサヘッド９０］
センサヘッド９０について図１２を用いて説明する。図１２（ａ）はセンサヘッド９０の上面図であり、図１２（ｂ）はＡ−Ａ’線におけるセンサヘッド９０の断面図である。センサヘッド９０は絶縁基板１１０ａ、キャップ２１３、発光素子１１１及び受光素子１１２を備える。
【００６３】
絶縁基板１１０ａは図１１の絶縁基板１１０ａと同様の電気配線パタンを有し、同様の位置に発光素子１１１及び受光素子１１２を搭載する。
【００６４】
キャップ２１３は、遮光性を有する部材にて形成され、絶縁基板１１０ａ上で受光素子１１２を覆う。キャップ２１３の絶縁基板１１０ａ上の位置は、発光素子１１１からの光が光偏向面１９ｃを経由して外部の被検体を照射でき、外部からの光が入射窓１９ｂを通過して受光素子１１２が受光できる位置とする。キャップ２１３は、発光素子１１１からの光を受光素子１１２が直接に受光することを防止する。さらに、発光素子１１１を単独に扱う発光素子用キャップ（不図示）を設置すれば、外力による発光素子１１１の破損を防ぐことができる。また、キャップ２１３と発光素子用キャップ（不図示）とを一体化して製造工程を低減することができる。
【００６５】
キャップ２１３には、散乱光を通過させる入射窓１９ｂが形成されている。入射窓１９ｂの開口径は、外光が入射しないことが好ましく、例えば、１００μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。外光の受光素子１１２への入射を遮り、散乱光を取り込むことができる。また、入射窓１９ｂは、受光素子１１２に入射させる散乱光の光路と交差する部分に設けられている。本実施形態では、光偏向面１９ｃの上方で散乱光が発生するので、キャップ２１３の天井部分と発光素子１１１側の側面部分との境界部分に入射窓１９ｂが形成されている例を示した。入射窓１９ｂは、キャップ２１３の天井部分に形成されていてもよいし、キャップ２１３の発光素子１１１側の側面部分に形成されていてもよい。また、入射窓１９ｂは、空洞になっていてもよいが、散乱光に対して透明な部材がはめこまれていてもよい。透明な部材がはめ込まれていることで、キャップ２１３内の受光素子１１２の受光面を保護することができる。
【００６６】
発光素子１１１の配置されている側のキャップ２１３の側面に、発光素子１１１からの光を絶縁基板１１０ａの上方に偏向させる光偏向面１９ｃが形成されている。絶縁基板１１０ａの上方とは、発光素子１１１の搭載されている絶縁基板１１０ａの基板面に対して上方である。光偏向面１９ｃは、発光素子１１１からの光を絶縁基板１１０ａの上方に偏向させるために、絶縁基板１１０ａの基板面に対して傾斜している。光偏向面１９ｃの傾き角度は、例えば、１０°から８０°である。光偏向面１９ｃは、絶縁基板１１０ａのうちの発光素子１１１の搭載されている基板面の法線方向に発光素子１１１からの光を偏向させることが好ましい。例えば、図１２に示すように、光偏向面１９ｃの傾き角度が４５°であることが好ましい。光偏向面１９ｃの傾き角度が４５°の場合は偏向された出射光が絶縁基板１１０ａから垂直に上方に進行する。このため、照射対象となる血液中の散乱体と絶縁基板１１０ａとの距離が変化しても照射位置が絶縁基板１１０ａからの距離によらないという利点がある。特に、血管の表皮からの深さは、皮下脂肪などの種々の要因によってかなりの個人差がある。この場合に、発光素子１１１からの出射光を表皮に対して垂直に入射させることができれば、生体情報を安定して測定することができる。
【００６７】
光偏向面１９ｃは、発光素子１１１からの光を偏向させる鏡面又は回折格子であることが好ましい。キャップ２１３が金属の場合、鏡面は表面を鏡面研磨することで形成することができる。また、キャップ２１３がプラスチックの場合は、鏡面は、反射性の高い金属である金を蒸着して形成することができる。光偏向面１９ｃは、キャップ２１３の外表面なので、光偏向面１９ｃの形成は容易である。また、キャップ２１３に予め光偏向面１９ｃを形成しておくことができるので、センサヘッド９０の製造工程を簡略化することができる。
【００６８】
［センサヘッド９１］
センサヘッド９１について図１３を用いて説明する。図１３（ａ）はセンサヘッド９１の上面図であり、図１３（ｂ）はＡ−Ａ’線におけるセンサヘッド９１の断面図である。以下に、センサヘッド９０との違いを説明する。
【００６９】
図１３に示すセンサヘッド９１は、図１２に示すセンサヘッド９０に加え、遮光性を有する部材にて形成され、絶縁基板１１０ａ上で発光素子１１１を覆う発光素子用キャップ２１３−１をさらに備える。発光素子用キャップ２１３−１は不透明であり、キャップ２１３と同じ素材を用いることができる。発光素子用キャップ２１３−１の側面のうち、光偏向面１９ｃ側に配置されている側面には、発光素子１１１からの出射光を通過させるための開口部が形成されている。発光素子１１１の上に１つの側面が開いている発光素子用キャップ２１３−１があるため、発光素子１１１からの光は支障なく外部に出射される。従って、図１２のセンサヘッド９０と同様の効果が得られる。さらに、発光素子１１１に対する外界からの不慮の衝撃、例えば皮膚が触れて電気的や構造的に破損するなどの事故から発光素子１１１を守る効果が得られる。
【００７０】
［センサヘッド９２］
センサヘッド９２について図１４を用いて説明する。図１４（ａ）はセンサヘッド９２の上面図であり、図１４（ｂ）はＡ−Ａ’線におけるセンサヘッド９２の断面図である。以下に、センサヘッド９１との違いを説明する。
【００７１】
センサヘッド９２は、図１３に示すキャップ２１３と図１３に示す発光素子用キャップ２１３−１を一体化した一体化キャップ２１３−２を備える。一体化キャップ２１３−２は不透明であり、キャップ２１３と同じ素材を用いることができる。一体化キャップ２１３−２と絶縁基板１１０ａとで囲まれる空間は、光偏向面１９ｃにより発光素子１１１が収まる小室と受光素子１１２が収まる小室に分けられる。キャップ２１３と発光素子用キャップ２１３−１に分離されていたものを一体化したことで、実装の手間が１つ減るという利点がある。
【００７２】
［センサヘッド９３ａ及びセンサヘッド９３ｃ］
センサヘッド９３ａ及びセンサヘッド９３ｃについて図１５を用いて説明する。図１５（ａ）はセンサヘッド９３ａの上面図であり、図１５（ｂ）はＡ−Ａ’線におけるセンサヘッド９３ａの断面図である。図１５（ｃ）はセンサヘッド９３ｃの上面図であり、図１５（ｄ）はＡ−Ａ’線におけるセンサヘッド９３ｃの断面図である。以下に、センサヘッド９３ａとセンサヘッド９３ｃとの違いを説明する。なお、センサヘッド９３ｃと図１２のセンサヘッド９０とは絶縁基板１１０ａ上の電気配線パタンが異なる以外は同様である。また、符号１８６ｃは電気配線である。
【００７３】
センサヘッド９３ａは、センサヘッド９３ｃの構成に発光素子１１１と絶縁基板１１０ａとの間に、発光素子１１１を搭載する台１１１ｂをさらに備える。発光素子１１１の光源位置の高さを上げることにより、光偏向面１９ｃの反射位置が入射窓１９ｂに近くなる。発光素子１１１からの出射光の光偏向面１９ｃにおける反射点と入射窓１９ｂとの距離Ｌａが、台１１１ｂがない場合の距離Ｌｃに比べて近くなる。上面から見ると、出射光の光偏向面１９ｃにおける反射点は事実上の発光位置となるため、上面から見ると、発光位置と受光素子１１２の受光位置との絶縁基板１１０ａと平行な投影面上での距離はより近くなったことと等価である。発光位置と受光位置との間の距離が遠いほど深い位置の生体情報を取得することができる。もし、表面から浅い部位の生体情報を得たいときは、この実施形態を用いることによって、所望の深さの生体情報を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明の室内環境制御装置は、乗り物だけでなく、工場や製鉄所の設備を運転する運転室にも設置することができる。また、ゲーム機やパソコンが配置された部屋にも設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係る室内環境制御装置の概略図である。
【図２】本発明に係る室内環境制御装置の取り付け例である。
【図３】本発明に係る室内環境制御装置のブロック図である。
【図４】本発明に係る室内環境制御装置のセンサヘッドの概略図である。
【図５】本発明に係る室内環境制御装置のブロック図である。
【図６】本発明に係る室内環境制御装置の概略図である。
【図７】本発明に係る室内環境制御装置の取り付け例である。
【図８】本発明に係る室内環境制御装置のセンサヘッドの概略図である。
【図９】本発明に係る室内環境制御装置のセンサヘッドの概略図である。
【図１０】本発明に係る室内環境制御装置のセンサヘッドの概略図である。
【図１１】本発明に係る室内環境制御装置のセンサヘッドの概略図である。
【図１２】本発明に係る室内環境制御装置のセンサヘッドの概略図である。
【図１３】本発明に係る室内環境制御装置のセンサヘッドの概略図である。
【図１４】本発明に係る室内環境制御装置のセンサヘッドの概略図である。
【図１５】本発明に係る室内環境制御装置のセンサヘッドの概略図である。
【符号の説明】
【００７６】
８０１〜８０３  室内環境制御装置
３  ステアリングホイール
１１  センサプローブ部
１９ａ  出射窓
１９ｂ  入射窓
１９ｃ  光偏向面
１１０  基板
１１０ａ  絶縁基板
１１１、１１１ａ  発光素子
１１１ｂ  台
１１２  受光素子
１１３  増幅器
１１４  アナログ‐デジタル変換器
１１５  開口部
１２  本体部
１２１  ローパスフィルタ
１２２  アナログ‐デジタル変換器
１２３  信号処理回路
１２４  インターフェース回路
１２５  電源回路
１２６  発光素子駆動回路
１２７  環境コントローラ
１３  取付部材
１３１  取付機構
１４  エアコン
１５１  電気配線
１５１−１  アナログ信号線
１５１−２  発光素子駆動線
１５１−３  電源線
１５１−４  デジタル信号線
２０５  電力線
４０、５０、５１、５２、８０、９０、９１、９２、９３ａ、９３ｃ  センサヘッド
１６９  ワイヤ
１７５  絶縁膜
１８２〜１８６  電気配線
１８７  遮蔽枠
２１３  キャップ
２１３−１  発光素子用キャップ
２１３−２  一体化キャップ
２８５  ９０°折り曲げ鏡
２８７  遮光キャップ
２８９  孔
４０１  導波路
４０４  遮蔽ブロック
９００  運転者
Ａ１  散乱強度信号
Ａ２、Ａ３  アナログ信号
Ｄ１  デジタル信号
Ｄ２、Ｄ３  出力
Ｄ４  指示信号
Ｐ  レーザ光
Ｓ  散乱光
【図１】
2008272082.tif 000003
【図２】
2008272082.tif 000004
【図３】
2008272082.tif 000005
【図４】
2008272082.tif 000006
【図５】
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【図６】
2008272082.tif 000008
【図７】
2008272082.tif 000009
【図８】
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【図９】
2008272082.tif 000011
【図１０】
2008272082.tif 000012
【図１１】
2008272082.tif 000013
【図１２】
2008272082.tif 000014
【図１３】
2008272082.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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