(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールの左右の把持部にそれぞれ設けられた電極部と、
その左右の電極部を介して、前記ステアリングホイールを把持した運転者の生体情報を測定する測定手段と、
を備えた生体情報測定装置であって、
前記電極部は、その表面が凹凸に構成されており、その構成がない場合に比べて、運転者が前記ステアリングホイールを把持した際の電極と運転者の皮膚との接触面積が拡大するよう構成されていることを特徴とする生体情報測定装置。
【請求項２】
前記各電極部は、ステアリングホイールの運転席側表面において、前記ステアリングホイールを把持した運転者の親指の付け根部分が当接されるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の生体情報測定装置。
【請求項３】
前記電極部は、前記把持部の周方向に沿って配置されており、さらに左右のスポーク部の連結部に配置された中央部分は、前記ステアリングホイールの前記左右のスポーク部側に張り出すように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の生体情報測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のステアリングホイールに設けられた電極を利用して車両運転者の生体情報を測定する生体情報測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ステアリングホイールのリング部に左右一対の電極部を設け、車両運転者がこれら各電極部を左右の手で把持した際に各電極間に生じる電位差を検出することで、運転者の心電波形を測定する測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−２５５５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような測定装置では、ステアリングホイールの左右に設けた電極部間に生じた電位差で運転者の心電波形を測定するようにされており、両手を左右に位置させた状態での計測となるため、原理的に第１誘導での計測となる。また、ステアリングホ
イールに電極部を設けるため、医療現場で使用するような湿式電極の使用が困難である。
【０００４】
これらのことから、各電極部を介して得られる心電信号は相対的に微弱なものとなってしまう。そのため、ノイズ除去用のフィルタ等を利用しても、心電信号から雑音成分を充分除去することができず、最終的に得られる心電波形のＳＮ比（信号対雑音比）を、心疾患を診断し得る程度にまで改善することができない、といった問題があった。
【０００５】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、ステアリングホイールの左右に設けた電極部を使って心電波形等の生体情報を測定する装置において、最終的に得られる生体情報のＳＮ比を改善して、生体情報の測定精度を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の生体情報測定装置においては、測定手段が、ステアリングホイールの左右の把持部に設けられた電極部を介してステアリングホイールを把持した運転者の生体情報を測定する。この電極部は、その表面が凹凸に構成されている。
【０００７】
そのため、その構成がない場合に比べて、運転者がステアリングホイールを把持した際の「電極と運転者の皮膚との接触面積」が拡大する。これにより、電極と皮膚との接触インピーダンスが従来装置に比べて増加し、最終的に得られる生体情報のＳＮ比を改善して、生体情報の測定精度を向上することができる。
【０００８】
ここで、複数の電極部は、運転者がステアリングホイールを把持する際に把持しやすい位置に配置すればよいが、より好ましくは、請求項２に記載のように、ステアリングホイールの運転席側表面において、前記ステアリングホイールを把持した運転者の親指の付け根部分が当接されるように配置することが望ましい。
【０００９】
つまり、ステアリングホイールの運転席側表面は、運転者がステアリングホイールの左右を把持した際に、運転者の掌において、最も皮膚が薄くなっている親指の付け根部分が当接されることから、各電極部を請求項２に記載のように配置すれば、心電信号等の生体信号をより検出し易くなり、生体信号のＳＮ比を改善して、生体情報の測定精度を向上できる。
【００１０】
また、電極部については、把持部の周方向に沿って配置し、さらに左右のスポーク部の連結部に配置された中央部分をステアリングホイールの左右のスポーク部側に張り出すように形成してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、車両運転者の心電波形を測定する生体情報測定装置の構成を表すブロック図であり、図２は、当該検出装置各部の車両への配置状態を表す説明図である。また、図２において、（ａ）はステアリングホイール２を運転席側からみた正面図であり、（ｂ）はステアリングホイール２の側面図である。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態の生体情報測定装置には、車両運転者から心電波形を取得するためにステアリングホイール２の左右の把持部にそれぞれ設けられた左右の電極部（左電極部１０及び右電極部２０）が備えられている。
【００１３】
この左右の電極部１０、２０は、図２に示すように、ステアリングホイール２のリング部（ホイールリング）４で、左右のスポーク部（ホイールスポーク）６が連結される部分に設けられている。
【００１４】
また、この左右の電極部１０、２０は、運転者が左右の手でそれぞれ同時に把持できるように、リング部の周方向に沿って配置されており、左右のスポーク部６の連結部に配置された中央部分は、それぞれ、スポーク部６側に張り出すように形成されている。なお、これは、運転者がこの部分を把持した際に、運転者の掌に接触する面積を広くして、運転者の掌との接触インピーダンスを小さくするためである。
【００１５】
また、これら各電極部１０、２０は、運転者がステアリングホイール２を把持した際に、運転者の掌において皮膚の厚みが少ない親指の付け根当たりが接触するよう、ステアリングホイール２の運転席側表面に配置されている。なお、これも、各電極部１０、２０と運転者の掌との接触インピーダンスを小さくするためである。
【００１６】
また、これら各電極部１０、２０は、下記の２種類の工夫が施されている。
（１）材質に関する工夫
例えば樹脂製のベースに例えばクロムメッキ処理を施して電気伝導性を持たせた材質で構成されている。これは、運転者がステアリングホイール２を把持した際に付与される握力によって凹むようにし、凹まない材質の場合に比べて、運転者がステアリングホイール２を把持した際の「電極と運転者の皮膚との接触面積」を拡大させるための工夫である。
【００１７】
当然であるが、電極を構成しながら、運転者がステアリングホイール２を把持した際に付与される握力によって凹む構成であれば、上記構成に限定されない。
（２）表面の形状に関する工夫
これら各電極部１０、２０の表面には、例えばゴルフボールのディンプルのように、多数の凹部が形成されており、これによって、電極部１０、２０の表面が凹凸に構成されている。この凹凸は、このような構成がない場合に比べて、運転者がステアリングホイール２を把持した際の「電極と運転者の皮膚との接触面積」を拡大させるための工夫である。したがって、電極部１０、２０の表面の凹部の大きさや配置は、「運転者がステアリングホイール２を把持した際に電極と運転者の皮膚との接触面積を拡大させる」ことができるように配慮されている。
【００１８】
当然であるが、運転者がステアリングホイール２を把持した際に電極と運転者の皮膚との接触面積を拡大させる形状であれば、上記凹部に限定されない。凹部ではなく、逆に多数の凸部であってもよいし、ストライプ状に凹凸を形成してもよい。
【００１９】
なお、これら各電極部１０、２０に対して施した上記（１）（２）の工夫、つまり「凹む材質」及び「表面の凹凸」に関しては、少なくとも何れか一つを採用することによって、それらを採用しない場合に比べて、運転者がステアリングホイール２を把持した際の電極と運転者の皮膚との接触面積が拡大することとなる。もちろん、本実施形態のように、二つの工夫を共に採用すれば、より接触面積が拡大することが期待される。
【００２０】
また、図１に示すように、各電極部１０、２０は、第１電極１１、２１と、第２電極１２、２２とからなる電極対として構成されている。そして、これら各電極部１０、２０の各電極１１、１２、２１、２２は、スイッチング回路部３０を介して、心電波形（換言すれば心電信号）及び接触インピーダンス測定用の各測定回路部に接続される。
【００２１】
すなわち、本実施形態の生体情報測定装置には、左右の電極部１０、２０にそれぞれ接続されて、左右の電極部１０、２０間に生じた電位差を増幅することで心電信号を生成する増幅部４０と、左右の電極部１０、２０と運転者の掌との間の接触インピーダンスを測定するためのインピーダンス測定部５０とが設けられており、スイッチング回路部３０を介して、左右の電極部１０、２０の第１電極１１、２１を増幅部４０に接続することにより、増幅部４０を介して心電信号を測定したり、あるいは、スイッチング回路部３０を介して、各電極部１０、２０の第１電極１１、２１と第２電極１２、２２とをインピーダンス測定部５０に接続することにより、インピーダンス測定部５０を介して接触インピーダンスを測定できるようにされている。
【００２２】
なお、スイッチング回路部３０は、左右の電極部１０、２０毎に、各電極１１、１２、２１、２２を基準電位（本実施形態ではグランド：ＧＮＤ）に接続するか、増幅部４０若しくはインピーダンス測定部５０の測定回路部側に接続するかを切り換える第１切換スイッチ３２と、この第１切換スイッチ３２を介して測定回路部側に切り換えられた電極１１、１２、２１、２２を、増幅部４０か、若しくは、インピーダンス測定部５０に接続する第２切換スイッチ３４とから構成されている。
【００２３】
また、このスイッチング回路部３０の切り換え、増幅部４０を用いた心電信号の測定、及び、インピーダンス測定部５０を用いた接触インピーダンスの測定は、全て、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を中心に構成されたマイクロコンピュータ（以下単にＣＰＵという）６０により実行される。
【００２４】
また、ＣＰＵ６０には、無線通信部７０が接続されており、ＣＰＵ６０は、無線通信部７０に接続された外部機器（具体的には運転者が所持する携帯機器や車載機器等）からの要求に従い、接触インピーダンスや心電信号の測定結果を、無線通信部７０を介して外部機器に送信する。
【００２５】
そして、図２に示すように、スイッチング回路部３０は、左電極部１０用と右電極部２０用とに分離されて、エアバッグ等が設けられるステアリングホイール２の中央部８の左右両側に配置され、他の回路部、つまり、増幅部４０、インピーダンス測定部５０、ＣＰＵ６０、及び無線通信部７０は、共通の基板８０に実装されて、ステアリングホイール２の中央部８の略中心位置に収納されている。
【００２６】
次に、図３は、増幅部４０の構成を表すブロック図である。
この増幅部４０は、スイッチング回路部３０を介して接続される２つの電極間に生じた電位差を検出して増幅するための差動増幅回路４２と、差動増幅回路４２からの出力を所定レベルまで増幅する利得調整可能な可変増幅回路４４と、可変増幅回路４４からの出力信号の中から、心電波形を測定するのに必要な周波数帯（例えば約３５Ｈｚ以下）の信号（心電信号）のみを選択的に通過させるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４６とから構成されている。
【００２７】
また、このＢＰＦ４６は高周波側のカットオフ周波数を調整可能な可変ＢＰＦからなり、この可変ＢＰＦ４６のカットオフ周波数や可変増幅回路４４の利得は、ＣＰＵ６０からＤ／Ａ変換器６４を介して出力される制御信号により調整される。
【００２８】
次に、図４は、インピーダンス測定部５０の構成を表す回路図である。
インピーダンス測定部５０は、本実施形態では、インピーダンス測定部５０とＣＰＵ６０での演算処理とにより、ロックインアンプとしての機能を実現し、スイッチング回路部３０を介して接続された２つの電極間（図では電極１１−１２間）のインピーダンスＺを測定する。
【００２９】
すなわち、インピーダンス測定部５０は、ＣＰＵ６０からＤ／Ａ変換器６６を介して入力される単一周波信号Ｅを、バッファ５２を介して取り込み、基準抵抗Ｒｒｅｆを介して、一方の電極１１に印加することで、単一周波信号Ｅを、基準抵抗Ｒｒｅｆと電極１１−１２間の抵抗（接触インピーダンス）Ｚで分圧し、その分圧電圧Ｖを、バッファ５４を介してＣＰＵ６０に出力する。
【００３０】
そして、ＣＰＵ６０は、この分圧電圧ＶをＡ／Ｄ変換器６２を介して取り込み、単一周波信号Ｅと分圧電圧Ｖとを乗算して、ローパスフィルタにてフィルタリング処理することにより、雑音を除去した分圧電圧Ｖを求める（ロックインアンプ機構）。そして、更にＣＰＵ６０は、このロックインアンプ機構により得られた電圧Ｖと単一周波信号Ｅとを用いて、「Ｖ＝Ｇ・Ｅ」のゲインＧを求め、インピーダンスＺを算出する。なお、この場合の演算式は、「Ｚ＝Ｒｒｅｆ×Ｇ／（１−Ｇ）」となる。
【００３１】
本実施形態の生体情報測定装置では、例えば車両のエンジン運転中に、ＣＰＵ６０において心電波形測定処理を繰り返し実行する。
まず、各電極部１０、２０での接触インピーダンスをそれぞれ測定するため、スイッチング回路部３０を切り換えることによって、電極部１０（又は２０）の第１電極１１（又は２１）と第２電極１２（又は２２）をインピーダンス測定部５０に接続し、その後インピーダンス測定部５０から検出信号（上述の電圧Ｖ）を取り込み、接触インピーダンス（Ｉｍｐ）Ｚｉを算出する。
【００３２】
次に、電極部１０、２０が増幅部４０に接続されて差動増幅回路４２を動作させるよう、スイッチング回路部３０を切り換える。そして、増幅部４０から信号を取り込むことで、誘導雑音Ｖｎを測定し、その測定結果を、ＲＡＭに記憶する。なお、この測定時には、増幅部４０内の可変ＢＰＦ４６のカットオフ周波数を最大（つまり可変ＢＰＦ４６の通過帯域幅を最大）にすることで、心電波形に影響を与える５０〜６０Ｈｚ付近のハムノイズを検出できるようにする。そして、このように誘導雑音Ｖｎを測定すると、Ｓ２４０に移行して、その測定結果をＦＦＴ処理することで、心電波形に影響を与える５０〜６０Ｈｚ付近のハムノイズ周波数を算出し、記憶する。
【００３３】
上記算出した接触インピーダンスＺｉが予め設定された閾値以下であれば、電極部１０、２０を使って心電波形（信号）を仮測定する。そして、仮測定した心電波形をＦＦＴ処理し、そのＦＦＴ処理の結果に基づき、心電波形の最大周波数である３５Ｈｚ付近での心電スペクトルの終端部を検出し、この検出結果と上記算出したハムノイズ周波数とに基づき、増幅部４０で不要な信号成分を除去するのに最適な、可変ＢＰＦ４６のカットオフ周波数、及び可変増幅回路４４の利得とを算出し、その算出結果に従い、心電波形の測定に用いる全ての増幅部４０における可変ＢＰＦ４６のカットオフ周波数と、可変増幅回路４４の利得を調整する。
【００３４】
こうして、心電波形の測定に用いる増幅部４０の特性が調整されると、今度は、正式に心電波形（信号）を測定する。そして、上記測定した誘導雑音Ｖｎに基づき心電波形から雑音成分を除去する。その最終的な心電波形を、ＲＡＭに記憶する。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態の生体情報測定装置においては、各電極部１０、２０に関して、運転者がステアリングホイール２を把持した際に付与される握力によって凹むようにした「材質に関する工夫」と、例えばゴルフボールのディンプルのように多数の凹部を形成することで電極部１０、２０の表面が凹凸に構成されるようにした「表面の形状に関する工夫」が施されている。それによって、それらの工夫がされていない場合に比べて、「運転者がステアリングホイール２を把持した際に電極と運転者の皮膚との接触面積を拡大させる」ことができる。
【００３６】
このため、本実施形態によれば、運転者の掌との接触インピーダンスが低く、心電波形を良好に測定し得る電極部１０、２０を使って、心電波形を測定することができるようになり、最終的に得られる心電波形のＳＮ比を改善して、その測定精度を向上することができる。
【００３７】
よって、本実施形態によれば、極めてノイズの少ない心電波形を測定することができるようになり、その測定結果を、無線通信部７０を介して外部装置に送信することにより、外部装置側で、心疾患の診断を行うこともできるようになる。
【００３８】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にて、種々の態様をとることができる。
（ａ）上記実施形態では、各電極部１０、２０に対して上記（１）（２）で説明した２種類の工夫、すなわち「凹む材質」及び「表面の凹凸」という工夫を施した。これらは、少なくとも何れか一つを採用することによって、それらを採用しない場合に比べて、運転者がステアリングホイール２を把持した際の電極と運転者の皮膚との接触面積が拡大することとなる。
【００３９】
したがって、例えば電極部１０、２０として、「凹まない材質」の金属を使用し、その表面については凹凸を設けるようにしてもよい。また、電極部１０、２０として、表面に凹凸のない「凹む材質」を使用しても良い。ただし、上記実施形態のように、二つの工夫を共に採用することで、より接触面積が拡大することが期待される。
（ｂ）上記実施形態の生体情報測定装置は、生体情報として心電波形を測定するものとして説明したが、生体情報測定装置には、インピーダンス測定部５０が備えられているので、これを利用して、心電波形と生体インピーダンスとを同時に測定するようにしてもよい。
【００４０】
その場合は、上述した各電極部１０、２０の接触インピーダンスの測定、心電波形及び誘導雑音の測定に用いる左右の電極部１０、２０の組の設定、誘導雑音の測定、及び、心電波形の測定に用いる増幅部４０の利得及びカットオフ周波数の調整等を行った後、生体インピーダンスを測定できるように、その電極部１０、２０の第１電極１１、２１を、インピーダンス測定部５０に接続し、第２電極１２、２２を、基準電位（ＧＮＤ）に接続するようにスイッチング回路部３０を切り換える。
【００４１】
そして、電極部１０、２０を使って、心電波形を測定すると共に、インピーダンス測定部５０を介して、生体インピーダンスＺｂを測定する。なお、この生体インピーダンスＺｂの測定は、接触インピーダンスＺｉの測定と同様に行う。
【００４２】
そして、生体インピーダンスＺｂから、この生体インピーダンスＺｂの測定に用いた電極部１０、２０の接触インピーダンスを減じることで、生体インピーダンスＺｂを補正し、その補正後の生体インピーダンスＺｂをＲＡＭに格納する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施形態の生体情報測定装置の全体の構成を表すブロック図である。
【図２】生体情報測定装置各部のステアリングホイールへの配置状態を表す説明図である。
【図３】増幅部の構成を表すブロック図である。
【図４】インピーダンス測定部の構成を表す回路図である。
【符号の説明】
【００４４】
２…ステアリングホイール、４…リング部、６…スポーク部、８…中央部、１０…左電極部、１１…第１電極、１２…第２電極、２０…右電極部、２１…第１電極、２２…第２電極、３０…スイッチング回路部、３２…第１切換スイッチ、３４…第２切換スイッチ、４０…増幅部、４２…差動増幅回路、４４…可変増幅回路、４６…可変ＢＰＦ、５０…インピーダンス測定部、５２，５４…バッファ、６０…ＣＰＵ（マイクロコンピュータ）、６２…Ａ／Ｄ変換器、６４，６６…Ｄ／Ａ変換器、７０…無線通信部、８０…基板。
【図１】
0004985445.tif 000002
【図２】
0004985445.tif 000003
【図３】
0004985445.tif 000004
【図４】
0004985445.tif 000005