JP2002200051A - 心理状態認識システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な方法で人間の精神状態をリアルタイム
でモニタリングする心理状態認識システムを提供する。 【解決手段】 第１周波数用振動センサＳ１、第１周波
数用振動センサＳ１に接続された第１周波数用増幅器１
２、第１周波数用増幅器１２に接続された変調器１３、
変調器１３に接続されたアンテナ１４とからなる腕時計
型心理モニタ１を具備する。第１周波数用振動センサＳ
１は、体表面微小振動が測定可能な０〜３０Ｈｚ帯域で
高い感度を有する。第１周波数用振動センサＳ１は、腕
時計型心理モニタ１を装着した人間の体表面微小振動を
検出して、心理的要求に対応した電気信号をアンテナ１
４から選択信号発生装置に対し送信する。体表面微小振
動により、落ち着き、緊張、不安、集中、リラックス、
喜び等の心理・精神状態をモニタリング出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人間の心理（精
神）状態を記録・監視する心理状態認識システムに係
り、更にこの心理（精神）状態のモニタリングに加え、
健康状態、周囲の環境等をも記録・監視する健康／安全
モニタに関する。又、この心理状態認識システムを用
い、心理作用で電子装置を制御するヒューマンインタフ
ェースに関する。

【０００２】

【従来の技術】人間が機器から情報を受け取り、或いは
逆に機器に情報を与え、機器を操作するための仕組み、
規約、機器、ソフトウエア、作法、考え方などは、ヒュ
ーマンインタフェース若しくはマンマシン・インタフェ
ースと言われる。パーソナルコンピュータ（パソコン）
での入力用ヒューマンインタフェースとしては、キーボ
ードやタブレット、マウスなどの人間が手で操作する方
法が一般的である。最近は、音声入力が入力用ヒューマ
ンインタフェースとして試みられている。出力用ヒュー
マンインタフェースにはディスプレイ、プリンター、ス
ピーカーなどがある。ディスプレイの画面に表示される
アイコン、ウインドウ、メニューやエラーが起きた時に
出る音などもヒューマンインタフェースのひとつであ
る。パソコンに限らず、家電製品から産業用の電子装置
に至るまで、人間が手でスイッチを押す、キーボードを
手で操作する、或いは音声入力を行うのが、従来の一般
的な入力用ヒューマンインタフェースである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】極限的利便性の追求、
或いは身体が不自由な状況にある時、このような手での
操作や音声入力に限定された入力用ヒューマンインタフ
ェースには限界がある。

【０００４】又、人間が移動中に健康状態及び安全状態
の同時監視或いは連続記録が必要なときは、本人に大き
な負担をかけないことが必要である。しかし従来は、多
数のセンサや電子装置の組み合わせで健康状態及び安全
状態を記録・監視するシステムが採用されており、重量
や大きさの問題だけでなく、センサの種類の多さに起因
する信号処理の複雑さの点でも問題がある。更に、その
人間が緊張しているか落ち着いているか等の精神状態ま
で監視するのは一般に困難である。

【０００５】このような不都合を鑑み、本発明の目的
は、簡単な方法で人間の心理状態（精神状態）をリアル
タイムでモニタリング（監視）する心理状態認識システ
ムを提供することである。

【０００６】本発明の他の目的は、人間の精神状態に加
え、健康状態及びその人間が置かれている環境状態（安
全状態）を同時かつ連続的にモニタリング（監視）し
て、心と体の健康と安全の管理を行うことの可能な心理
状態認識システムを提供することである。

【０００７】本発明の更に他の目的は、手での操作や音
声入力に限定されず、心理的に心で要求することにより
家電製品等の機器を制御することが出来る入力用ヒュー
マンインタフェースとしての心理状態認識システムを提
供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を鑑み、本発明
の第１の特徴は、第１周波数用振動センサ、この第１周
波数用振動センサに接続された第１周波数用増幅器、こ
の第１周波数用増幅器の出力を変調する変調器、この変
調器の出力信号を送信する信号送信手段とからなる心理
モニタを有する心理状態認識システムであることを要旨
とする。ここで、「第１周波数用振動センサ」は、心理
状態に応じて生じる体表面微小振動が測定可能な０〜３
０Ｈｚ帯域で高い感度を有する。この第１周波数用振動
センサは、心理モニタを装着した人間の人体から発生す
る体表面微小振動を検出して、心理的要求に対応した電
気信号を発生させる。

【０００９】人体には各種の振動が存在する。寒さや恐
怖に遭遇した場合だけでなく、種々の疾患においても、
又通常の安静時においても、人間の身体の震え（生理的
振戦）は起こる。しかし、これとは別に、生体表面に
は、肉眼的に感知されない細かい震えがあることが知ら
れている。その身体表面の微細振動（マイクロバイブレ
ーション）を「体表面微小振動」と言う。振動の周波数
成分に注目してみると、０〜３０Ｈｚの周波数帯域での
振動が、体表面微小振動によるもので、心理・精神状態
に対応している。即ち、落ち着き、緊張、不安、集中、
リラックス、喜び等に対応した体表面微小振動が観察可
能である。体表面微小振動に影響する要因として、これ
までに数多くのものが検討されている。主なものでも、
温度、不安緊張などの情動、疲労季節、月経周期などが
あり、又種々の薬物負荷、循環機能の影響も検討されて
いる。又、体表面微小振動の発生機序については自律神
経の働き、脊髄反射、心弾動図、筋肉繊維の振動などの
説が提唱されているが、現在明確な統一見解は得られて
いない。体表面微小振動の発生には、心拍による血流状
態にも一因があることも推測されている。

【００１０】体表面微小振動の震えのリズムは脳波のリ
ズムとよく似ているため、脳波のリズムと対応した分類
がされている。即ち、体表面微小振動は、１〜４Ｈｚの
δ波、４〜８Ｈｚのθ波、８〜１３Ｈｚのα波、１３〜
２０Ｈｚのβ波、２０〜３０Ｈｚのε波に分類されてい
る。したがって、第１周波数用振動センサは、δ波、θ
波、α波、β波、ε波にそれぞれ対応した共振周波数を
有する複数個の狭帯域振動センサで振動を検出すること
により、δ波、θ波、α波、β波、ε波を有効に検出出
来る。

【００１１】本発明の第１の特徴における心理モニタ
は、第２周波数用振動センサ、この第２周波数用振動セ
ンサに接続された第２周波数用増幅器、第１周波数用増
幅器と第２周波数用増幅器の出力を加算する加算器とを
更に備え、この加算器の出力を変調器に入力することが
好ましい。ここで、「第２周波数用振動センサ」は、第
１周波数用振動センサと同一半導体チップ上に集積化さ
れ、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの帯域において高い感度を有
する。「第２周波数用振動センサ」は、人体内部の生命
活動に起因する中周波の振動成分（音響振動）、周辺環
境の振動発生源が伝播して人体に到達した振動成分、及
び周辺の空気により伝播してくる音波成分等を体表面近
傍で同時かつ連続的に計測する。

【００１２】人体の表面で観測される振動は、多くの震
動源から伝播してきた振動が重畳したものである。振動
の周波数成分に注目してみると、０〜３０Ｈｚの低周波
領域が体表面微小振動によるもので、心理・精神状態
（落ち着き、緊張、不安、集中、リラックス、喜び等）
に対応している。又、２０Ｈｚ〜に２０ｋＨｚの中周波
領域が人間の可聴周波数である。このような広範な振動
情報は、第１周波数用振動センサ及び第２周波数用振動
センサとを同一半導体チップ上に集積化した広帯域特性
を有する振動センサで効率よく得ることが可能である。

【００１３】本発明の第１の特徴において、心理モニタ
からの出力信号を受信する信号受信手段、この信号受信
手段の受信した出力信号を復調する復調器、この復調器
で復調された信号を周波数スペクトルに変換するフーリ
エ変換器、このフーリエ変換器により得られた周波数ス
ペクトルを解析する周波数スペクトラム解読装置とから
なるデータ解析装置を更に有することが好ましい。体表
面微小振動は、時間波形として得られるので、この時間
波形をフーリエ変換器で周波数スペクトルに変換し、こ
の周波数スペクトル分布の変化を周波数スペクトラム解
読装置で解析する。第２周波数用振動センサにより、人
体内部の生命活動に起因する中周波の振動成分（音響振
動）、周辺環境の振動発生源が伝播して人体に到達した
振動成分、及び周辺の空気により伝播してくる音波成分
等を体表面近傍で同時かつ連続的に計測していれば、こ
れらの時間的に変動する振動信号に対して周波数フィル
タリング、周波数スペクトル分析などの周波数軸での信
号処理を行うことにより、その人の精神状態、健康状態
及びその人が置かれている環境状態を同時かつ連続的に
モニタリング（監視）することが可能となる。例えば、
第１周波数用振動センサで検出されたδ波、θ波、α
波、β波、ε波の内の少なくとも２つのスペクトルの相
対強度の変化を調べることにより、落ち着いているか、
焦っているか、元気か、落ち込んでいるか、集中してい
るか、リラックスしているか等の個人の精神状態を知る
ことが可能となる。更に、第１周波数用振動センサ及び
第２周波数用振動センサからの信号は、連続的に、或い
は一定時間の蓄積後に、電波により送信されて、遠隔地
で監視、記録、或いは信号処理をするようにしても良
い。

【００１４】一方、第２周波数用振動センサで検出され
た出力信号を周波数フィルタリングや周波数スペクトル
分析することで、心理モニタを装着した人間が歩いてい
るか、走っているか、階段を上っているか、階段を下っ
ているか、固い地面を歩いているか、柔らかい地面かを
知ることが可能となる。更に、人間がたくさんいるか、
いないか、風が強いか、雨が降っているか等の周囲状
況、或いは、電車に乗っているか、自家用車に乗ってい
るか、バスに乗っているか等の交通機関情報等を連続監
視（モニタリング）することが可能となる。

【００１５】本発明の第２の特徴は、第１周波数用振動
センサ、この第１周波数用振動センサに接続された第１
周波数用増幅器、この第１周波数用増幅器で増幅された
信号を周波数スペクトルに変換するフーリエ変換器、こ
のフーリエ変換器により得られた周波数スペクトル分布
の変化を検出し、トリガ信号を生成するトリガ信号発生
手段とからなる心理状態認識システムであることを要旨
とする。ここで、「第１周波数用振動センサ」は、本発
明の第１の特徴と同様な、心理状態に応じて生じる体表
面微小振動が測定可能な０〜３０Ｈｚ帯域の振動センサ
である。

【００１６】本発明の第２の特徴において、複数の選択
内容を順次表示する選択肢表示器を更に備え、この選択
肢表示器は、トリガ信号発生手段からのトリガ信号によ
り所望の選択内容に対応した制御信号を出力することが
好ましい。選択肢表示器が、複数の選択内容を順次表
示、若しくは順次点灯しているのを見ながら、選択を希
望する情報が表示（点灯）したときに、その希望する情
報を頭の中で強く念じることにより、或いは手の拳を固
めたりして体の一部の筋肉に変化を与えることにより、
所望の選択内容に対応した制御信号を出力する。選択肢
表示器は映像の表示のみに限定されない。例えば、音声
でゆっくりと選択肢を質問し、希望する選択肢が質問さ
れたときに、頭の中で強く念じることにより、或いは手
の拳を固めて体の一部の筋肉に変化を与えることによ
り、所望の選択内容に対応した制御信号を出力する。こ
の結果、手での操作や音声入力に限定されず、心理的に
心で要求することにより家電製品等の機器を制御するこ
とが出来る入力用ヒューマンインタフェースとしての心
理状態認識システムを提供することが可能になる。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して、本発明の
第１及び第２の実施の形態を説明する。以下の図面の記
載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符
号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、
厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実の
ものとは異なることに留意すべきである。したがって、
具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべき
ものである。又図面相互間においても互いの寸法の関係
や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

【００１８】（第１の実施の形態）図１は、第１の実施
の形態に係る心理状態認識システムに用いる腕時計型心
理モニタ１を示す模式図である。図１では、比較的広い
ベルトに腕時計型心理モニタ１が搭載された場合を示し
ているが、これは、内部構造を示すための便宜的な表現
であり、現実には、通常の腕時計のベルトと同様な１ｃ
ｍ〜２ｃｍの幅のベルトで良い。即ち、手首に装着可能
な形状であれば、具体的な形状は任意に選択可能であ
る。より高感度で測定するためには、図１に示すベルト
は、手首に密着出来る弾性を有した構造が好ましい。

【００１９】図１に示す腕時計型心理モニタ１は、第１
周波数用振動センサＳ１（圧電型ピックアップ）、第１
周波数用振動センサＳ１に接続された第１周波数用増幅
器１２、第１周波数用増幅器１２に接続された変調器１
３、変調器１３に接続されたアンテナ１４とから構成さ
れている。更に、図示を省略しているが、電池が腕時計
型心理モニタ１に内蔵されていることは勿論である。第
１周波数用振動センサＳ１は、例えば半導体歪ゲージ等
の圧電型ピックアップが使用可能である。第１周波数用
振動センサＳ１のパッケージは、手首に密着するよう
に、若干湾曲した形状で構成されている。第１周波数用
振動センサＳ１は、手首からの０〜３０Ｈｚの体表面微
小振動成分を検出して電気信号に変換し、その信号を第
１周波数用増幅器１２を経て、ベースバンド信号とし、
このベースバンド信号を変調器１３に伝達する。図示を
省略しているが、通常の送信機と同様に、変調器１３に
接続されたミキサ、及びミキサに接続された電力増幅器
を腕時計型心理モニタ１が有していてもかまわない。ミ
キサには、図示を省略した発信器からの信号が、変調器
からの信号と共に入力される。そして、電力増幅器で増
幅された信号が、アンテナ（送信アンテナ）１４から電
波信号として送信される。或いは、変調器１３にドライ
バ増幅器を接続し、ドライバ増幅器には、位相器を接続
し、位相器に送信増幅器を接続した構成でも良い。そし
て、送信増幅器を、同様に、アンテナ（送信アンテナ）
１４に接続することにより、アンテナ（送信アンテナ）
１４から電波信号を送信する構成でもかまわない。いず
れにせよ、図１に示す腕時計型心理モニタ１を手首に装
着することにより、心理状態に対応した信号を、アンテ
ナ１４から送信することが出来る。アンテナ１４からの
電波信号は、後述する選択信号発生装置２のアンテナ２
１に送信される（図７参照）。

【００２０】体表面微小振動と生理的振戦の振幅の大き
さを重力加速度Ｇで見ると(Ｇ=９．８ｍ/ｓ²)、体表面
微小振動が１ｍＧ〜５ｍＧ程度、生理的振戦は1Ｇの大
きさで約１０００倍程度違うと報告されている。図２
（ａ）〜（ｄ）は、身体の各部で測定した体表面微小振
動の時間変化を、図２（ｅ）の心拍信号及び図２（ｆ）
の心電図と比較して示す図である。図２（ｅ）の心拍信
号は、約１Ｈｚ程度の振動であることが分かる。図示を
省略しているが、呼吸音は、約０．１Ｈｚ程度の振動で
ある。図２（ａ）は手首、図２（ｂ）は母指球、図２
（ｃ）は右脛骨部、図２（ｄ）は左脛骨部で測定した体
表面微小振動の時間変化である。第１周波数用振動セン
サＳ１の感度と、第１周波数用増幅器１２の特性にも依
存するが、０．５ｍＶ〜１ｍＶ程度の検出電圧は比較的
容易に得ることが可能である。図２（ｅ）の心拍信号と
の対応のみからでは、体表面微小振動の発生機序は、心
拍に基づく心弾動図性振動成分が主成分とする説の妥当
性は明確ではない。この他に、体表面微小振動の発生機
序を脊髄反射とする説等もあり、そのいずれが妥当であ
るかを判定することは今日でも困難である。恒温動物に
体表面微小振動が見られ、変温動物には無いことから、
体表面微小振動は体温調節と関係のある自律神経の活動
であろうとの説もある。体表面微小振動が自律神経と関
係していることは、気温の変化によって体表面微小振動
が変化すること自律神経作用薬及び自律神経遮断剤が体
表面微小振動に作用を及ぼすことからも推定されてい
る。

【００２１】体表面微小振動は、骨格筋の個々の筋繊維
の収縮運動により生じ、筋肉のトーヌス（緊張）を表す
と言われている。例えば、手の拳を固めたりして体の一
部の筋肉に変化を与えることによってα波成分を増大さ
せることが可能である。図３は、図２に対応した身体の
各部で測定した体表面微小振動の１〜２５Ｈｚにおける
周波数スペクトルを示す図である。即ち、図３（ａ）は
手首、図３（ｂ）は母指球、図３（ｃ）は右脛骨部、図
３（ｄ）は左脛骨部で測定した体表面微小振動の周波数
スペクトルを示す。図３（ａ）〜（ｄ）において、特に
α波を破線で示している。

【００２２】図４（ａ）は、精神的、肉体的な疲労が無
い場合の、健常者の頭頂部において測定した頭頂体表面
微小振動である。θ波のスペクトラムのはっきりとした
ピークが認められる。一方、図４（ｂ）は、図４（ａ）
と同一の被験者に対して、徹夜に近い状態を数日続か
せ、精神的にも肉体的にもストレスがたまったときの頭
頂体表面微小振動である。図４（ｂ）では、いくつかの
周波数でピークが見られ、全体的にスペクトラムが低く
波形が乱れていることが分かる。

【００２３】図５は、図４においてθ、α、β波のスペ
クトラムの積算値を表したものである。ここで、「積算
値」とは５０Ｈｚの周波数でサンプリングした場合の、
各帯域のパワーの和である。安静時にはθ波成分が優勢
であったものが、ストレスのたまった状態では、全体的
にスペクトラムの積算値が低くなり、β波成分が優勢に
なっていることが分かる。体表面微小振動と自律神経機
能には密接な関係があることが分かる。

【００２４】図４及び図５に示すように、δ波、θ波、
α波、β波、ε波の相対強度比較により心理／精神状態
が把握出来ることが分かる。なお、睡眠時の臨床脳波検
査においては、入眠期から深い睡眠にいたる自然睡眠の
各段階に対応して、極めて特徴的な波形を示すので、脳
波を調べれば、その被験者がおおよそどの程度の深さの
睡眠状態にあるかを判定出来ることは良く知られてい
る。又、覚醒時に存在するかなり著しい脳波の個人差
が、睡眠時には減少し、類似した睡眠脳波を示すと言わ
れている。周期性については、レム（ＲＥＭ）睡眠とノ
ン・レム（ＮＲＥＭ）睡眠が、およそ９０分から１１０
分周期で４、５回繰り返し、脳波は一定の特徴的な変化
を示すことが分かっている。しかし、体表面微小振動に
おいては、脳波のリズムとよく対応しているにもかかわ
らず、そのような睡眠周期性が認められない。このこと
から、脳波と体表面微小振動の間には、その発生機序に
おいて共通の因子を持たないと考えられ、脳波と体表面
微小振動の関係を否定した報告もある。いずれにせよ、
落ち着き、緊張、不安、集中、リラックス、喜び等の心
理・精神状態に対応した体表面微小振動を、図１に示す
腕時計型心理モニタ１の第１周波数用振動センサＳ１に
より測定することが出来き、それに含まれるδ波、θ
波、α波、β波、ε波の相対強度を比較することによ
り、腕時計型心理モニタ１を装着した人間の心理／精神
状態を把握出来る。

【００２５】図６は、図１に示した腕時計型心理モニタ
１に搭載する第１周波数用振動センサＳ１の構造の一例
を示す鳥瞰図である。第１周波数用振動センサＳ１は、
δ波、θ波、α波、β波、ε波を好感度測定出来るよう
に、１〜４Ｈｚ、４〜８Ｈｚ、８〜１３Ｈｚ、１３〜２
０Ｈｚ、２０〜３０Ｈｚの帯域にそれぞれ共振周波数を
有した片持ち梁構造の圧電型ピックアップである。図６
ではこの内、α波、β波及びε波用の第１片持ち梁１０
１、第２片持ち梁１０２及び第３片持ち梁１０３の構造
を示す。第１片持ち梁１０１、第２片持ち梁１０２及び
第３片持ち梁１０３は、それぞれ、Ｓｉ基板１２１中に
設けられた第１ピット１１１、第２ピット１１２及び第
３ピット１１３の内部に設けられている。第１片持ち梁
１０１、第２片持ち梁１０２、第３片持ち梁１０３の表
面、及び第１ピット１１１、第２ピット１１２、第３ピ
ット１１３以外のＳｉ基板１２１の表面には、パッシベ
ーション膜１２２が設けられている。

【００２６】図６の第１片持ち梁１０１は、α波用で共
振周波数ｆ₀＝１０Ｈｚとなるように、おもり部の幅
ｙ₁、長さｘ_１、ピエゾ抵抗部の幅ｂ及び長さｌが選定
されている。一般に、片持ち梁構造の圧電型ピックアッ
プの共振周波数ｆ₀は、幅ｙ₁、ｘ_１のおもり部の質量を
ｍ、幅ｂ及び長さｌのピエゾ抵抗部の厚さをｈ、ヤング
率をＥとすれば、 ｆ₀＝（１／２π）（３ＥＪ／ｍｌ³）^1/2 ・・・・・（１） で与えられる。ここで、 Ｊ＝ｂｈ³／１２ ・・・・・（２） である。具体的にＳｉの比重２．３ｇ／ｃｍ³、Ｓｉの
ヤング率Ｅ＝１３．１×１０¹⁰Ｎ／ｍ²、ピエゾ抵抗部
の厚さｈ＝２８μｍ、幅ｂ＝１ｍｍ、長さｌ＝３．５ｍ
ｍ、おもり部の厚さｔ＝７００μｍとすれば、おもり部
の長さｘ_１＝５．６μｍ、おもり部の幅ｙ₁＝１１．２
μｍで、共振周波数ｆ₀＝１０Ｈｚとなる。

【００２７】図６の第２片持ち梁１０２は、共振周波数
ｆ₀＝１６Ｈｚのβ波用圧電型ピックアップである。ピ
エゾ抵抗部の幅ｂ、長さｌ及び厚さｈを第１片持ち梁１
０１と等しくすれば、式（１）から、第２片持ち梁１０
２のおもり部の長さｘ₂＝３．５μｍ、おもり部の幅ｙ₂
＝７μｍで、共振周波数ｆ₀＝１６Ｈｚとなる。図６の
第３片持ち梁１０３は、共振周波数ｆ₀＝２５Ｈｚのε
波用圧電型ピックアップである。ピエゾ抵抗部の幅ｂ、
長さｌ及び厚さｈを第１片持ち梁１０１と等しくすれ
ば、式（１）から、第３片持ち梁１０３のおもり部の長
さｘ₃＝２．２μｍ、おもり部の幅ｙ₃＝４．５μｍで、
共振周波数ｆ₀＝２５Ｈｚとなる。第１片持ち梁１０
１、第２片持ち梁１０２及び第３片持ち梁１０３の各お
もり部のパッシベーション膜１２２の上に金（Ａｕ）等
の金属膜を蒸着若しくは鍍金等で堆積すれば、各おもり
部の質量ｍが大きくなるので、式（１）から各おもり部
の寸法を小さく出来ることが分かる。

【００２８】本発明の第１の実施の形態に係る心理状態
認識システムに用いる選択信号発生装置２は、図７に示
すように、アンテナ２１、アンテナ２１に接続された増
幅器２２、増幅器２２に接続された復調器２３、復調器
２３に接続されたフーリエ変換器２４、フーリエ変換器
２４に接続されたトリガ信号発生手段（２５，２６）、
このトリガ信号発生手段（２５，２６）に接続された選
択肢表示器２７とから構成されている。フーリエ変換器
２４は、高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）２４である。ト
リガ信号発生手段（２５，２６）は、周波数バンド成分
分析器２５及び周波数バンド成分分析器２５に接続され
た出力比較判定器２６とから構成され、フーリエ変換器
（高速フーリエ変換器）２４により得られた周波数スペ
クトル分布の変化を検出し、トリガ信号を生成する。増
幅器２２は、低雑音増幅器が好ましい。周知の無線装置
（受信器）の構成と同様に、アンテナ２１に接続された
低雑音増幅器２２には、ミキサを接続し、このミキサに
接続された中間周波（ＩＦ）増幅器を備え、この中間周
波増幅器に復調器２３を接続して、選択信号発生装置２
を構成してもよい。復調器２３からは、ベースバンド信
号が出力される。ミキサには、図示を省略した発信器か
らの信号が、低雑音増幅器からの信号と共に入力され
る。或いは、選択信号発生装置２は、アンテナ２１に接
続された低雑音増幅器２２に接続されたハイパスフィル
タを備えるようにしてもよい。ハイパスフィルタは、δ
波、θ波、α波、β波、ε波の帯域を考慮し、３０Ｈｚ
程度のハイパスフィルタとすれば、雑音を避けることが
容易になる。そして、更に、このハイパスフィルタに接
続されたミキサと、ミキサに接続された中間周波（Ｉ
Ｆ）増幅器を介して、高速フーリエ変換器２４に接続さ
れるように構成してもかまわない。高速フーリエ変換器
２４により、δ波、θ波、α波、β波、ε波の各パワー
スペクトラムが得られる。 高速フーリエ変換器２４に
より得られた各パワースペクトラムは、周波数バンド成
分分析器２５により、δ波、θ波、α波、β波、ε波の
各スペクトルに分解され、このδ波、θ波、α波、β
波、ε波の各スペクトルは、出力比較判定器２６で互い
にその強度を相対比較する。出力比較判定器２６は、例
えば、 α波成分 ＜ β波成分 ・・・・・（３） が、 α波成分 ＞ β波成分 ・・・・・（４） に変化したとき、トリガ信号を発生させ、このトリガ信
号を選択肢表示器２７に対し出力する。

【００２９】選択肢表示器２７は、所定の数（種類）の
表示内容を、それぞれ一定時間ずつ順次表示する。図７
に示す選択信号発生装置２の選択肢表示器２７は、５つ
の表示内容を順次表示する例である。選択肢表示器２７
のパネルには、「選択肢Ａ」、「選択肢Ｂ」、「選択肢
Ｃ」、「訂正」及び「前に戻る」のプレートがあり、裏
面に配置された発光ダイオードや蛍光管等のバックライ
トが選択的に点灯するようになっている。例えば、「選
択肢Ａ」→「選択肢Ｂ」→「選択肢Ｃ」→「訂正」→
「前に戻る」→「選択肢Ａ」の順にゆっくりと各３秒間
ずつ点灯する。

【００３０】或いは、図８に示すように、「選択肢Ａ」
→「選択肢Ｂ」→「選択肢Ｃ」→「訂正」→「前に戻
る」→「選択肢Ａ」の表示を液晶表示装置（ＬＣＤ）や
ブラウン管等の表示装置に、各３秒間ずつ、選択的に表
示させても良い。図８は、パソコンの表示装置を示して
いるが、実際には、「選択肢Ａ」、「選択肢Ｂ」、「選
択肢Ｃ」、「訂正」及び「前に戻る」が表示出来ればよ
いので、腕時計の表示部程度の小型の表示装置でよい。
例えば、眼鏡の一部に、選択肢表示器２７を配置し、所
望の内容を表示させても良い。又、テレビ受像器の副画
面として、画面の片隅に常に表示させても良い。同様
に、携帯電話、ＰＨＳ、ＰＤＡ、ノートパソコン、電子
手帳等の携帯情報機器に表示させても良い。更に、これ
らの複数の選択肢は、視覚的手段に限定されない。例え
ば、音声で、複数の選択肢を提示しても良く、嗅覚や触
覚を利用しても良い。いずれにしても何らかの手段で所
望の選択肢が提示されたときに、これを選択したいと、
心理的に強く考えると、腕時計型心理モニタ１で検出さ
れた体表面微小振動スペクトルパターンが変化すること
になる。更に、上述したように、手の拳を固めたりして
体の一部の筋肉に変化を与えることによってもα波成分
が増大するので、腕時計型心理モニタ１で検出された体
表面微小振動スペクトルパターンが変化することにな
る。

【００３１】そして、図８に示すように、もし、「選択
肢Ｂ」が表示されているときに、腕時計型心理モニタ１
を装着している人間が『Ｂを選択する！』と心で強く呼
ぶと、図１に示した第１周波数用振動センサＳ１からの
送信される電気信号の周波数スペクトルパターンが変化
し、その変化を選択信号発生装置２が検知することによ
りＢを選択したことが確定して、選択信号発生装置２の
出力端子からＢ信号を選択したことに対応する制御信号
が出力される。例えば、「選択肢Ｂ」が「室内照明をオ
ンにする」という内容であれば、選択信号発生装置２か
らの制御信号（Ｂ）により、室内照明がオンになる。不
適切な選択がなされたときは、その後、選択肢表示器２
７に「訂正」が表示されるタイミングを待ち、「訂正」
が表示されたときに、『「訂正」を選択する！』と心で
強く呼ぶと、「選択肢Ｂ」はキャンセルされる。又、
「前に戻る」が表示されるタイミングを待ち、「前に戻
る」を選択すると、前段階の上位選択肢群の「選択肢
Ａ」、「選択肢Ｂ」、「選択肢Ｃ」が、順次表示され
る。更に、「選択肢Ａ」→「選択肢Ｂ」→「選択肢Ｃ」
→「訂正」→「前に戻る」→「選択肢Ａ」の順の繰り返
しを一定回数、例えば１０回繰り返すと「調整」が表示
され、表示時間の変更調整を可能にするようにしても良
い。即ち、「調整」が表示されたときに、『「調整」を
選択する！』と心で強く呼ぶと、表示時間の選択画面に
変更されるようにする。そして、選択画面は、例えば、
「０．５秒表示」→「１秒表示」→「２秒表示」→「３
秒表示」→「５秒表示」→「訂正」→「前に戻る」→
「０．５秒表示」の順の表示を繰り返しをする。この繰
り返し表示を見ながら、「１秒表示」が表示されたとき
に、『「１秒表示」を選択する！』と心で強く呼ぶと、
前述の例では各３秒間ずつ表示していた表示時間が変更
され、今度は、各１秒間ずつ「選択肢Ａ」、「選択肢
Ｂ」、「選択肢Ｃ」、「訂正」及び「前に戻る」が選択
的に表示されるようになる。

【００３２】以上のように、本発明によって手を動かす
こと無く、心理的に心で要求することにより扉の開閉、
家電製品の運転、空調機の運転などを制御することが出
来、極限的利便性が達成される。例えば、各家庭の玄関
のドアの一部に、選択肢表示器２７を設け、「開ける」
→「呼ぶ」→「開けない」→「訂正」→「前に戻る」→
「開ける」の順の繰り返し表示をさせてもよい。こうす
れば、「開ける」が表示されたときに、『「開ける」を
選択する！』と心で強く呼ぶと、ＩＤコードと共にドア
を開ける信号が発信され、ドアを開けることが出来る。
例えば、両手に物をもったまま、ドアを開けることが可
能になる。「呼ぶ」が表示されたときに、『「呼ぶ」を
選択する！』と心で強く呼ぶと、自動音声発生装置か
ら、家庭内にいる人間を呼び出す音声が発生され、玄関
まで迎えに来てもらうことが可能である。

【００３３】又身体が不自由な状況にある時は極めて有
用である。例えば、電動車椅子の場合では、電動車椅子
の一部に選択肢表示器２７を設け、この選択肢表示器２
７により「電源をオンにする」、「訂正」、「確認」、
「前に進む」、「訂正」、「確認」、「右に曲がる」、
「訂正」、「確認」、「左に曲がる」、「確認」、「訂
正」、「確認」、「後ろに戻る」、「訂正」、「確
認」、「電源をオフにする」、「訂正」、「確認」等の
電動車椅子の動作に必要な表示を順次させ、希望の動作
内容が表示されたとき、心理的に心で要求することによ
り電動車椅子を運転することが出来る。電動車椅子の場
合は、安全性の問題が有るので、「確認」の信号が選択
信号発生装置２の出力端子から出た場合にその直前の選
択肢に対応した動作が実行される。更に、「前に進む」
及び「確認」を選択すると、速度選択画面が表示され、
所望の速度が選択出来る。「右に曲がる」及び「確認」
をすると、例えば「１５°」、「３０°」、「４５
°」、「６０°」、「７５°」、「９０°」等の選択画
面が表示され、曲がる角度を選択出来る。

【００３４】同様に、喉頭ガンの手術等により発声機能
を失った人間が、選択肢表示器２７を見ながら、心で念
じることにより意思伝達を実現出来る。

【００３５】本発明の第１の実施の形態に係る心理状態
認識システムは、図１に示す腕時計型心理モニタ１がア
ンテナ１４から電波信号を送信し、図７に示す選択信号
発生装置２のアンテナ２１がこの電波信号を受信するシ
ステムである。しかし、電波信号の代わりに赤外線等の
光信号や超音波等を用いて、腕時計型心理モニタ１と選
択信号発生装置２間の情報伝達をしてもかまわない。更
に、腕時計型心理モニタ１と選択信号発生装置２とを同
一回路基板上に搭載すれば、回路基板の信号配線を介し
て、腕時計型心理モニタ１と選択信号発生装置２間の情
報伝達が可能になる。

【００３６】画面上に絵やアイコンを表示し、直感的に
分かりやすく操作出来るようにしたＧＵＩ（グラフィカ
ル・ユーザーインタフェース）の採用が、パソコン用Ｏ
Ｓでは当たり前になっている。従来のＧＵＩ環境では、
マウス操作が基本になっていたが、本発明の第１の実施
の形態に係る心理状態認識システムによれば、心理的に
強く心で念じることにより、その操作をこなすことが出
来る。従来のＧＵＩ環境で同時に表示されていた複数の
項目を選択するためのチェックボックス、機能の実行や
処理の確認などに用いるボタン、複数の項目から1項目
だけを選択する時に使うラジオボタンなどを、順次表示
するようにすれば、本発明の選択肢表示器２７として機
能するので、様々な内容の選択が可能となる。プルダウ
ンメニューも順次選択内容の色が変化するようにし、特
定の色が希望の内容に表示されたとき、その内容を心で
強く呼べば、プルダウンメニューの内容が選択出来る。

【００３７】又、腕時計型心理モニタ１からの電波信号
を、直接、選択信号発生装置２に送信するのではなく、
腕時計型心理モニタ１からの電波信号を一旦、携帯型無
線端末、装着型コンピュータ、小型ビデオカメラ等に送
信するように構成しても良い。そして、これらの携帯型
無線端末、装着型コンピュータ、小型ビデオカメラ等に
は更に、心拍計、血圧計、体温計、歩数計、呼吸モニ
タ、光センサなどからの信号も受信可能なように構成し
ても良い。腕時計型心理モニタ１から赤外線等の光信号
や超音波等を用いて携帯型無線端末、装着型コンピュー
タ、小型ビデオカメラ等に信号を送信しても良く、電気
配線を介した有線の情報伝達でもかまわない。心拍計、
血圧計、体温計、歩数計、呼吸モニタ、光センサなどか
らの信号も光信号や超音波等が採用可能である。そし
て、更にこれらの携帯型無線端末、装着型コンピュー
タ、小型ビデオカメラ等に、小型マイク、加速度セン
サ、全地球測位システム（ＧＰＳ）や必要な送信機等を
も組み合わせて搭載しておけば、腕時計型心理モニタ１
の装着者が遠隔地で移動中であっても、装着者行動の記
録や第三者による健康や安全の管理を、同時連続的に遠
隔監視することが可能となる。

【００３８】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態に係る心理状態認識システムは、携帯型パーソナ
ル健康・安全モニタリングシステムに関する。図９
（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る心理状態認
識システムに用いる腕時計型心理モニタ（携帯型パーソ
ナル健康・安全モニタ）３を示す模式図である。振動の
発生源としては、人体内部と外部（周囲環境）に分類す
ることが出来る。まず人体内部の振動の発生源による振
動としては、会話音、心拍音、呼吸音、体表面微小振
動、歩行状態音（階段上下、地面の状態）等である。一
方、外部の振動の発生源による振動としては、他人の発
生音、歩行音、都市の騒音、電車の走行音、電車の内部
音、自動車の走行音、自動車の内部音、飛行機の飛行
音、飛行機の内部音、バスの走行音、小鳥や動物の鳴き
声、雨の降る音、風の音、木々が風に揺れる音、家電製
品、ＯＡ機器からの音と振動等である。これらの人体内
部と外部（周囲環境）の発生源による振動は、様々な周
波数成分（０〜２０ｋＨｚ以上）を含む。本発明の第２
の実施の形態に係る心理状態認識システムの腕時計型心
理モニタ（携帯型パーソナル健康・安全モニタ）３は、
これらの振動をすべて検出して電気信号に変換する。本
発明の第１の実施の形態において言及したように、図９
（ａ）は、内部構造を示すための便宜的な表現であり、
現実には、通常の腕時計のベルトと同様な１ｃｍ〜２ｃ
ｍの幅の、図示のイメージよりも狭いベルトで良い。

【００３９】図９（ａ）に示す腕時計型心理モニタ３
は、第１振動センサ（第１周波数用振動センサ）Ｓ１，
第２振動センサ（第２周波数用振動センサ）Ｓ２，第３
振動センサ（第３周波数用振動センサ）Ｓ３、これら３
種の振動センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３にそれぞれ接続された
第１増幅器（第１周波数用増幅器）Ａ１，第２増幅器
（第２周波数用増幅器）Ａ２，第３増幅器（第３周波数
用増幅器）Ａ３、これら３種の増幅器Ａ１，Ａ２，Ａ３
に接続された加算器３１，加算器３１に接続された変調
器１３、変調器１３に接続された信号送信手段１４とか
ら構成されている。信号送信手段１４としては、アンテ
ナ１４やアンテナ１４に送信信号を供給する電力増幅器
（図示省略）等が該当する。更に、図示を省略している
が、電池が腕時計型心理モニタ３に内蔵されていること
は勿論である。第１振動センサＳ１は周波数帯域０〜３
０Ｈｚの第１周波数用振動センサ、第２振動センサＳ２
は２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの第２周波数用振動センサ、第
３振動センサＳ３は２０ｋＨｚ〜７０ｋＨｚにそれぞれ
感度領域を有する第３周波数用振動センサ（超音波用振
動センサ）である。

【００４０】第１振動センサＳ１は、本発明の第１の実
施の形態で説明した第１周波数用振動センサＳ１の圧電
型ピックアップが使用可能である。即ち第１振動センサ
Ｓ１は、手首からのδ波、θ波、α波、β波、ε波に対
応した０〜３０Ｈｚの体表面微小振動成分を検出して電
気信号に変換し、その信号を第１増幅器Ａ１で増幅後、
加算器３１に送る。第２振動センサＳ２の検出可能な周
波数帯域は、人間の聴覚で認識出来る音波振動に対応し
ている。したがって、第２振動センサＳ２は、人間の会
話、都市の騒音、交通機関の騒音、家電／ＯＡ機器の騒
音、風の音、雨の音、森林の音、動物の鳴き声、自己の
歩行する音などを検出する。第２振動センサＳ２の出力
信号は、第２増幅器Ａ２で増幅後、加算器３１に送られ
る。第３振動センサＳ３の検出可能な周波数帯域は、人
間が開くことは出来な周波数帯域である。第３振動セン
サＳ３は、特殊な環境で発生する高周波領域の音波の検
出、或いは超音波を用いたエコロケーション装置のレシ
ーバーとして動作する。第３振動センサＳ３の出力信号
は、第３増幅器Ａ３で増幅後、加算器３１に送られる。
第１振動センサＳ１の検出する体表面微小振動の振動レ
ベルは、第２振動センサＳ２の検出する人間の会話、都
市の騒音、交通機関の騒音、家電／ＯＡ機器の騒音、風
の音、雨の音、森林の音、動物の鳴き声、自己の歩行す
る音などの振動レベルに比して２桁〜４桁程度小さい。
即ち、第１振動センサＳ１，第２振動センサＳ２，第３
振動センサＳ３の出力レベルは、一般に、互いに異な
る。そこで、第１増幅器Ａ１，第２増幅器Ａ２及び第３
増幅器Ａ３は、それぞれ第１振動センサＳ１，第２振動
センサＳ２，第３振動センサＳ３の出力レベルに応じて
ゲインを調整し、図９（ｂ）に示すようにほぼ同一の信
号レベルに調整してから、加算器３１に送る。

【００４１】加算器３１は、第１増幅器Ａ１，第２増幅
器Ａ２及び第３増幅器Ａ３から送られて来た周波数帯域
０〜３０Ｈｚ、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ、及び２０ｋＨｚ
〜７０ｋＨｚの信号を加算する。加算器３１の出力は、
ベースバンド信号となり、このベースバンド信号が変調
器１３に伝達される。図示を省略しているが、通常の送
信機と同様に、変調器１３に接続されたミキサ、及びミ
キサに接続された電力増幅器を、図９に示す腕時計型心
理モニタ３が有していてもかまわない。ミキサには、図
示を省略した発信器からの信号が、変調器からの信号と
共に入力される。そして、電力増幅器で増幅された信号
が、アンテナ（送信アンテナ）１４から電波信号として
送信される。これらのミキサ、及びミキサに接続された
電力増幅器も、本発明の信号送信手段１４に相当する。
或いは、変調器１３にドライバ増幅器を接続し、ドライ
バ増幅器には、位相器を接続し、位相器に送信増幅器を
接続した構成の信号送信手段１４を有しても良い。そし
て、送信増幅器を、同様に、アンテナ（送信アンテナ）
１４に接続することにより、アンテナ（送信アンテナ）
１４から電波信号を送信する構成でもかまわない。いず
れにせよ、図９（ａ）に示す腕時計型心理モニタ３を手
首に装着することにより、心理状態に対応した信号を、
アンテナ１４から送信することが出来る。アンテナ１４
からの電波信号は、後述するデータ解析装置４のアンテ
ナ４１に送信される（図１１参照）。

【００４２】本発明の第２の実施形態に係る第１振動セ
ンサＳ１，第２振動センサＳ２，第３振動センサＳ３
は、図１０に示すように、同一の半導体基板８５、例え
ば（１００）面を有するｎ型シリコン（Ｓｉ）基板８５
上に集積化されている。図１０は、本発明の第２の実施
形態に係る第１振動センサＳ１，第２振動センサＳ２の
部分を模式的に示す部分的な断面図である。図示を省略
しているが、第３振動センサＳ３は、第２振動センサＳ
２とほぼ同様な構造である。

【００４３】図１０の左側に示すように、Ｓｉ基板８５
の下端部領域には凹部が構成されている。凹部の側面
は、基板表面の（１００）面に対し（１１１）面が露出
し、（１００）面に対し、５４．７４°の角度で交わ
る。凹部の底部となる薄い部分は、第２振動センサＳ２
として音響振動を検出するための音響振動検出部８を構
成している。即ち、Ｓｉ基板８５の凹部の底部を構成す
る薄膜部に、第２振動センサＳ２の振動膜８８が形成さ
れている。振動膜８８は三層構造をなし、最下層はｐ^＋
埋め込み層７１である。ｐ^＋埋め込み層７１の上部に
は、ｐ^＋埋め込み層７１の不純物密度よりも低不純物密
度のｐ型層が形成されている。又、ｐ型層の左端付近は
ｐ^＋埋め込み層７１と同程度の高不純物密度を有するｐ
^＋シンカー７２が配置されている。ｐ^＋シンカー７２が
配置される場所は振動膜８８よりも左側に位置してお
り、Ｓｉ基板８５の下端部の内（１１１）面が露出した
凹部側壁部分の上部に相当する。ｐ型層の上部にはショ
ットキー電極６３が配置されている。ショットキー電極
６３の材料は比重の重い金属が望ましい。音響振動を効
率的に検出するためである。本発明の第２の実施形態で
は金（Ａｕ）を用いている。勿論、このことはショット
キー電極６３の材料の限定を意味するものではない。シ
ョットキー電極６３の下部のｐ型層の不純物密度を１×
１０¹⁴ｃｍ^-3程度以下、好ましくは１×１０¹³ｃｍ^-3程
度以下に設定しておけば、ショットキー電極６３に電圧
を印加しない状態で、拡散電位のみで、ｐ型層中に空乏
層６５が形成される。なお、ショットキー電極６３の代
わりにｐｎ接合で空乏層６５を形成しても良いことは勿
論である。

【００４４】ｐ^＋埋め込み層７１及びｐ型層（空乏層６
５）の両端には、素子分離領域８１が配置されている。
この素子分離領域８１は、Ｓｉ基板８５の表面からｐ^＋
埋め込み層を貫通する深さのＵ型の溝部（トレンチ）
に、酸化膜等の素子分離絶縁膜を埋め込んで形成されて
いる。平面図を省略しているが、素子分離領域８１は、
ショットキー電極６３を取り囲むように角形リング状に
形成されている。更に、ｐ^＋シンカー７２に接するよう
に埋め込み層取りだし電極６４が配置されている。

【００４５】図１０に示す第２振動センサＳ２としての
音響振動検出部８において、音響振動が振動膜８８に入
射することで、振動膜８８は物理的に振動する。振動膜
８８が振動すれば、空乏層６５を構成している半導体領
域の物理的パラメータが変化し、空乏層容量や接合抵抗
などの電気的等価回路定数が変動する。又、振動により
空乏層中で「発生再結合電流」が生じるため空乏層６５
中を、「発生再結合電流」に起因した電流が流れる。こ
の結果、上述した電気的等価回路定数の変動とあわせて
物理的振動が電気的振動へと変換される。その電流がｐ
^＋埋め込み層７１及びｐ^＋シンカー７２を経て埋め込み
層取りだし電極６４へと流れ、最終的に図示を省略した
Ｉ／Ｖコンバータへと流れ込む。Ｉ／Ｖコンバータによ
り、電流出力が電圧出力へと変換され、Ｉ／Ｖコンバー
タに接続されたボンディングパッドを通じて外部へと出
力される。なお、ｐ^＋シンカー７２にオーミック接触す
る埋め込み層取りだし電極６４の電圧は、ｐ^＋シンカー
７２を介してｐ^＋埋め込み層７１に印加される。したが
って、ショットキー電極６３とｐ^＋埋め込み層７１との
間に所望の電圧を印加することが出来る。即ち、ショッ
トキー電極６３の下部を低不純物密度のｐ型層とし、こ
のｐ型層に空乏層６５を形成することで電気的等価回路
定数の変動を大きくすることが出来る。更にｐ型層の下
部に面積の広いｐ^＋埋め込み層７１を設けているので、
空乏層６５中で発生したキャリアは、効率的に取り出さ
れＩ／Ｖコンバータへと運ばれる。

【００４６】図１０に示す断面図上の右端近傍に第１振
動センサＳ１が形成されている。第１振動センサＳ１
は、Ｓｉ基板８５に設けられた舟形のピット８３の内部
に形成されている。舟形のピット８３は、図６に示した
第１ピット１１１〜第３ピット１１３と類似な構造であ
る。図１０に示す断面図上では、ピット８３の右上方に
は開口部が設けられている。ピット８３の右上方の開口
部は、片持ち梁８４の自由端を構成するための開口部で
あり、図６と同様に、片持ち梁８４のおもり部の周りを
周回して形成されている。片持ち梁８４のおもり部に隣
接したＳｉ基板８５の内部には、ｐウェル７５が配置さ
れている。ｐウェル７５の両端部付近にはｐウェル７５
よりも不純物密度が高いコンタクト領域７３，７４が配
置されている。コンタクト領域７３，７４のそれぞれの
上部であってＳｉ基板８５上にはピエゾ電極６１，６２
が配置されている。Ｓｉ基板８５の表面上のショットキ
ー電極６３、埋め込み層取りだし電極６４、ピエゾ電極
６１，６２以外の領域は、パッシベーション膜８２で覆
われている。

【００４７】図１０に示す第１振動センサＳ１を構成す
る片持ち梁８４は、図６に示した片持ち梁１０１，１０
２，１０３と同様に、外部からの機械的微小振動を受け
て振動し、Ｓｉ基板８５の薄くなった部分、即ち片持ち
梁８４の固定端部分が片持ち梁８４の振動による応力を
集中的に受ける。そのため、ｐウェル７５は強い圧力を
受け、ピエゾ効果により、その電気的抵抗値が変化す
る。ピエゾ電極６１，６２を通してこのｐウェル７５に
定電流を流すことにより、第１振動センサＳ１は、機械
的振動を電圧の変動という電気的振動に変換することが
可能となる。なお図１０からは明らかでは無いが、第１
振動センサＳ１のピエゾ電極６１，６２は、図示を省略
した定電流源及び増幅回路へと電気的に接続されてお
り、得られた電気的振動は、チップ上のボンディングパ
ッドを通して外部に出力される。

【００４８】本発明の第２の実施の形態に係る心理状態
認識システムに用いるデータ解析装置４は、図１１のブ
ロック図に示すように、図９（ａ）に示す腕時計型心理
モニタ３からの電波信号を受信する信号受信手段（４
１，４２）、この信号受信手段（４１，４２）の受信し
た出力信号を復調する復調器４３、復調器４３に接続さ
れたフーリエ変換器４４、フーリエ変換器４４に接続さ
れた周波数スペクトラム解読装置４５、周波数スペクト
ラム解読装置４５に接続された知識データベース４６及
び心理・周囲環境表示部４７、心理・周囲環境表示部４
７に接続された送信部４８、送信部４８に接続されたア
ンテナ４９とから構成されている。信号受信手段（４
１，４２）としては、アンテナ４１及びアンテナ４１に
接続された増幅器４２が該当する。増幅器４２は、低雑
音増幅器が好ましい。フーリエ変換器４４は、高速フー
リエ変換器（ＦＦＴ）４４が好ましい。アンテナ４１に
接続された低雑音増幅器４２には、ミキサを接続し、こ
のミキサに接続された中間周波（ＩＦ）増幅器を備え、
この中間周波増幅器に復調器４３を接続して、データ解
析装置４を構成してもよい。これらのアンテナ４１、低
雑音増幅器４２、ミキサ、中間周波（ＩＦ）増幅器等も
本発明の信号受信手段に該当する。復調器４３からは、
ベースバンド信号が出力される。ミキサには、図示を省
略した発信器からの信号が、低雑音増幅器４２からの信
号と共に入力される。或いは、データ解析装置４は、ア
ンテナ４１に接続された低雑音増幅器４２に接続された
フィルタを備えるようにしてもよい。そして、更に、こ
のフィルタに接続されたミキサと、ミキサに接続された
中間周波（ＩＦ）増幅器を介して、高速フーリエ変換器
４４に接続されるように構成してもかまわない。高速フ
ーリエ変換器４４により、第１振動センサＳ１で検出さ
れたδ波、θ波、α波、β波、ε波の各パワースペクト
ラム、第２振動センサＳ２で検出された２０Ｈｚ〜２０
ｋＨｚのパワースペクトラム、第３振動センサＳ３で検
出された２０ｋＨｚ〜７０ｋＨｚのパワースペクトラム
が得られる。図９（ａ）に示した腕時計型心理モニタ
（携帯型パーソナル健康・安全モニタ）３により得られ
る時間波形は、すべての振動情報が重畳したものである
が、時間信号を、高速フーリエ変換器４４を用いて、周
波数軸上に変換して周波数スペクトル形状を分析するこ
とにより、事象に特有な周波数スペクトルパターンを抽
出出来る。高速フーリエ変換器２４により得られた各パ
ワースペクトラムは、周波数スペクトラム解読装置４５
により解読される。即ち、周波数スペクトラム解読装置
４５は、高速フーリエ変換器２４により得られた各パワ
ースペクトラムと知識データベース４６に格納された情
報と比較することにより、腕時計型心理モニタ３を装着
した人間の心身の状態や周囲の環境を判断する。具体的
には、周波数スペクトラム解読装置４５はδ波、θ波、
α波、β波、ε波の各スペクトルの強度比を調べること
により、腕時計型心理モニタ３を装着した人間の気分を
判断する。又、第２振動センサＳ２で検出された２０Ｈ
ｚ〜２０ｋＨｚのパワースペクトラムを知識データベー
ス４６に格納された情報と比較することにより、車に乗
っているか否か等の周囲環境を判定する。即ち、周波数
スペクトラム解読装置４５により、腕時計型心理モニタ
３を装着した人間の身体の状況（心理状態、健康状態）
と周囲環境の状態を同時かつ連続的に判定する。周波数
スペクトラム解読装置４５により判定された腕時計型心
理モニタ３を装着した人間の心身の状態や周囲の環境
は、心理・周囲環境表示部４７に表示される。更に、心
理・周囲環境表示部４７に表示された内容は、送信部４
８からアンテナ４９を介して、自宅５のアンテナ５１に
送信する。自宅５は、アンテナ５１、アンテナ５１に接
続された受信部５２、受信部５２に接続されたパソコン
（ＰＣ）５３を有している。したがって、心理・周囲環
境表示部４７に表示された内容は、自宅５のパソコン５
３に表示される。場合によっては、腕時計型心理モニタ
３に送信し、腕時計型心理モニタ３を装着した人間に警
報を通知するようにしても良い。

【００４９】本発明の第２の実施の形態に係る心理状態
認識システムによれば、腕時計型心理モニタ３を装着し
た人間の心身の状態と周囲環境を、同時にかつ連続的に
監視モニタリング出来る。例えば雨の中を急いで町の中
を目的地に走っている場合は、センサからの信号には雨
の音、自分自身の走行音、都市の騒音（雑踏音、交通
音）、高鳴る心拍音及び大きな呼吸音の周波数成分が多
く含まれているはずである。

【００５０】一方、静かな部屋でゆっくりとコーヒーを
飲みながら週末の楽しい予定を夢想しているときは、体
表面微小振動のα波成分（８〜１３Ｈｚ）が顕著に観測
されるであろう。又、ゆったりした気分で森の中を散歩
しているときには、α波の成分の多い体表面微小振動と
同時に、森林特有の高周波領域の音波（木々からの音、
小鳥のさえずり等）が観察されるであろう。このよう
に、高帯域の周波数範囲の振動を連続的に測定すること
により、腕時計型心理モニタ３を装着した人間の精神状
態、健康状態、及び周囲環境を同時連続的に監視モニタ
リングすることが出来る。即ち、リアルタイムで健康モ
ニタと安全モニタを同時に行うことが可能である。

【００５１】無声で飛び交うように見えるコウモリは、
常に独特の標定音を発しながら反響音をたよりにエコロ
ケーション（反響定位）を行って飛行している。その音
はわれわれの聞くことの出来る２０ＫＨｚよりも高い超
音波であるため、ほとんど全く聞こえない。又、イルカ
は視覚がさほど鋭くないにもかかわらず、微細な障害物
も鋭敏に回避出来る。これは超音波を利用した高度のエ
コロケーション能力をもっているからである。イルカは
鼻道の付近の発声器官からクリック音と呼ばれるパルス
状の超音波を放射し、その反射音が戻ってくる時間と方
向から、対象物を探知したり、仲間とのコミュニケーシ
ョンをとり、周囲の状況を把握する。発声器官で発せら
れた超音波は、おでこの内側にある「メロン」と呼ばれ
る器官で増幅・集中して発射し、その反射音を脳が解析
して、目標物までの距離・大きさ・質感までも理解する
システムである。「メロン」は脂肪体で、細長い顎の骨
はパラボラアンテナのような凹面になっている。脂肪体
は音響レンズの役目をして四方に広がるクリック音を収
束し、パラボラ形の骨で反射させることで、指向性の高
い超音波を放射しています。発達した脳と巧妙な超音波
レーダによって、イルカは水中世界のようすを精緻な立
体イメージとしてとらえているようである。イルカのエ
コロケーションは、ちょうど潜水艦のアクティヴ・ソー
ナの役割を果たしている。本発明の第２の実施の形態に
係る腕時計型心理モニタ３の第３振動センサＳ３は、こ
のような、２０ＫＨｚよりも高い超音波の振動を検出し
て、コウモリやイルカと同様なエコロケーションシステ
ムを構築することが可能である。

【００５２】本発明の第２の実施の形態に係る心理状態
認識システムは、腕時計型心理モニタ３を装着した人間
の移動中に、リアルタイムで振動信号のすべてをデータ
解析装置４に送信し、データ解析装置４はリアルタイム
の周波数分析とスペクトル形状評価に基づいて安全或い
は健康に関する警告を行うことが出来る。例えば、心拍
数や呼吸数が異常に多い場合は警告を発する。又自動車
運転中に睡魔が襲ってきたときは、体表面微小振動の周
波数スペクトルパターンに睡眠特有の変化が現れ、同時
に自動車内振動スペクトルも観測されればセンターが警
告を発することになる。体表面微小振動の睡眠特有の変
化とは、体表面微小振動の周波数減少や相対的にα、
β、ε波の強度が減少である。同様に、帰宅時の電車の
中で、居眠りによる乗り過ごし防止も行える。一方、個
人的にデータを蓄積して、健康管理と行動記録を行う場
合は、振動信号を自宅５のパソコン５３に振動信号を送
信して、必要なときにパソコン５３に内蔵されている周
波数解析ソフトで内容理解を依頼するようにしても良
い。

【００５３】（その他の実施の形態）上記のように、本
発明は第１及び第２の実施の形態によって記載したが、
この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定す
るものであると理解すべきではない。この開示から当業
者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明
らかとなろう。

【００５４】既に述べた第１及び第２の実施の形態の説
明においては、腕時計型心理モニタを例示したが、体表
面微小振動は図２及び図３に示したように、手首の他、
母指球、右脛骨部、左脛骨部等でも測定可能である。
又、図示を省略したが、上腹部、下腹部等でも同様に、
体表面微小振動は測定可能である。更に、図４及び図５
に示したように、頭頂部でも測定可能である。したがっ
て、本発明に係る心理モニタは、第１及び第２の実施の
形態において説明した腕時計型心理モニタの他に、指輪
型、ネックレス型、コルセット型、ヘッドギア型等種々
の心理モニタが採用可能である。この場合、第１の実施
の形態の第１周波数用振動センサＳ１のパッケージ、或
いは第２の実施の形態の第１振動センサＳ１，第２振動
センサＳ２，第３振動センサＳ３を集積化したパッケー
ジは、それぞれ装着する人体部位の形状に即した湾曲し
た形状にし、人体に密着出来るように構成することが好
ましい。特に、指輪型の場合は、パッケージ全体を指輪
として構成し、その個人の指の太さに合わせた指輪のサ
イズにすることが好ましい。したがって、指輪型心理モ
ニタに用いる振動センサのパッケージは、サイズ変更が
容易なように、比較的柔らかな金属等で構成しておくこ
とが好ましい。

【００５５】又、同一人が、腕時計型、指輪型、ネック
レス型、コルセット型、ヘッドギア型等の内の複数の心
理モニタを装着し、選択信号発生装置２及びデータ解析
装置４は、これら複数の心理モニタからの信号を同時に
受信して解析するようにすれば、より精度の高いモニタ
リングが可能となる。

【００５６】又、常時、寝た状態の病人や高齢者に適用
するのであれば、ベット、布団、或いは枕の一部に体表
面微小振動を測定する第１周波数用振動センサＳ１を設
けた心理モニタを構成しても良い。更に、一定の場合は
人体の内部に（例えば骨盤の内部に）第１周波数用振動
センサＳ１を埋め込んだ心理モニタも可能である。

【００５７】本発明の第２の実施形態においては、第１
振動センサＳ１，第２振動センサＳ２，第３振動センサ
Ｓ３を、ｎ型シリコン基板８５上に集積化した構造を開
示した（図１０参照。）。しかし、第１振動センサＳ
１，第２振動センサＳ２，第３振動センサＳ３を、ｐ型
シリコン基板上に集積化しても良い。この場合は、図１
０のｐ型とｎ型を逆にすれば良い。

【００５８】このように、本発明はここでは記載してい
ない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。した
がって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特
許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められ
るものである。

【００５９】

【発明の効果】以上のように、本発明の心理状態認識シ
ステムによれば、簡単な方法で人間の心理状態（精神状
態）をリアルタイムでモニタリング（監視）することが
出来る。

【００６０】又、本発明の心理状態認識システムによれ
ば、遠隔地等を移動中の人間の心理状態（精神状態）、
健康状態、環境状態（安全状態）を、同時かつ連続的に
モニタリング（監視）できる。

【００６１】更に、本発明の心理状態認識システムによ
れば、各個人の心理状態（精神状態）、健康及び安全に
関する管理と行動記録を、簡単に蓄積出来る。又、必要
に応じて、医師などの専門家の診断を受け、アドバイス
を得ることが瞬時に出来る。

【００６２】更に、本発明の心理状態認識システムによ
れば、手での操作や音声入力に限定されず、各種機器や
設備などを制御することが出来、極限的利便性を有する
入力用ヒューマンインタフェースを提供することが出来
る。

【００６３】更に、本発明の心理状態認識システムによ
れば、身体が不自由な状況にある時でも極めて有用な入
力用ヒューマンインタフェースを提供することが出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る心理状態認識
システムに用いる腕時計型心理モニタを示す模式図であ
る。

【図２】身体の各部で測定した体表面微小振動の時間変
化を示す図である。

【図３】身体の各部で測定した体表面微小振動の周波数
スペクトルを示す図である。

【図４】図４（ａ）は、精神的、肉体的な疲労が無い場
合の頭頂体表面微小振動の、図４（ｂ）は、同一の被験
者が、精神的、肉体的にストレスがたまった状態の頭頂
体表面微小振動の周波数−時間スペクトルである。

【図５】図５（ａ）は、図４（ａ）の周波数−時間スペ
クトルの積算値の時間変化を示す図で、図５（ｂ）は、
図４（ｂ）の周波数−時間スペクトルの積算値の時間変
化を示す図である。

【図６】図１の腕時計型心理モニタに搭載するセンサの
構造の一例を示す鳥瞰図である。

【図７】本発明の第１の実施の形態に係る心理状態認識
システムに用いる選択信号発生装置を示すブロック図で
ある。

【図８】本発明の第１の実施の形態に係る心理状態認識
システムにおいて選択肢の選択により制御信号を発生す
る場合の具体例を示す模式図である。

【図９】図９（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係
る心理状態認識システムに用いる腕時計型心理モニタを
示す模式図で、図９（ｂ）は、増幅器で出力レベルを調
整された後の各センサの出力の周波数特性を示す図であ
る。

【図１０】図９（ａ）の腕時計型心理モニタに搭載する
センサの構造の一例を示す断面図である。

【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る心理状態認
識システムに用いるデータ解析装置を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１、３ 腕時計型心理モニタ ２ 選択信号発生装置 ４ データ解析装置 ５ 自宅 ８ 音響振動（音波）検出部 ９ 体表面微少振動検出部 １２，２２，４２ 増幅器 １３ 変調器 １４，２１，４１，４９，５１ アンテナ ２３，４３ 復調器 ２４，４４ 高速フーリエ変換器 ２５ 周波数バンド成分分析器 ２６ 出力比較判定器 ２７ 選択肢表示器 ３１ 加算器 ４５ 周波数スペクトラム解読装置 ４６ 知識データベース ４７ 心理・周囲環境表示部 ４８ 送信部 ５２ 受信部 ５３ パーソナルコンピュータ（ＰＣ） ６１，６２ ピエゾ電極 ６３ ショットキー電極 ６４ 埋め込み層取り出し電極 ６５ 空乏層 ７１ 埋め込み層 ７２ シンカー ７３，７４ コンタクト領域 ８１ 素子分離領域 ８２，１２２ パッシベーション膜 ８３ ピット ８４ 片持ち梁 ８５，１２１ Ｓｉ基板 １０１ 第１片持ち梁 １０２ 第２片持ち梁 １０３ 第３片持ち梁 １１１ 第１ピット １１２ 第２ピット １１３ 第３ピット Ａ１ 第１周波数用増幅器 Ａ２ 第２周波数用増幅器 Ａ３ 第３周波数用増幅器 Ｓ１ 第１周波数用振動センサ Ｓ２ 第２周波数用振動センサ Ｓ３ 第３周波数用振動センサ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 心理状態に応じて生じる体表面微小振動
   が測定可能な０〜３０Ｈｚ帯域の第１周波数用振動セン
   サと、 該第１周波数用振動センサに接続された第１周波数用増
   幅器と、 該第１周波数用増幅器の出力を変調する変調器と、 該変調器の出力信号を送信する信号送信手段とからなる
   心理モニタを有することを特徴とする心理状態認識シス
   テム。
2. 【請求項２】 前記心理モニタは、 前記第１周波数用振動センサと同一半導体チップ上に集
   積化された２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの帯域の第２周波数用
   振動センサと、 該第２周波数用振動センサに接続された第２周波数用増
   幅器と、 前記第１周波数用増幅器と前記第２周波数用増幅器の出
   力を加算する加算器とを更に備え、該加算器の出力が前
   記変調器に入力されることを特徴とする請求項１記載の
   心理状態認識システム。
3. 【請求項３】 前記心理モニタからの出力信号を受信す
   る信号受信手段と、 該信号受信手段の受信した前記出力信号を復調する復調
   器と、 該復調器で復調された信号を周波数スペクトルに変換す
   るフーリエ変換器と、 該フーリエ変換器により得られた周波数スペクトルを解
   析する周波数スペクトラム解読装置とからなるデータ解
   析装置を更に有することを特徴とする請求項１又は２記
   載の心理状態認識システム。
4. 【請求項４】 心理状態に応じて生じる体表面微小振動
   が測定可能な０〜３０Ｈｚ帯域の第１周波数用振動セン
   サと、 該第１周波数用振動センサに接続された第１周波数用増
   幅器と、 該第１周波数用増幅器で増幅された信号を周波数スペク
   トルに変換するフーリエ変換器と、 該フーリエ変換器により得られた周波数スペクトル分布
   の変化を検出し、トリガ信号を生成するトリガ信号発生
   手段とからなることを特徴とする心理状態認識システ
   ム。
5. 【請求項５】 複数の選択内容を順次表示する選択肢表
   示器を更に備え、該選択肢表示器は、前記トリガ信号に
   より所望の選択内容に対応した制御信号を出力すること
   を特徴とする請求項４記載の心理状態認識システム。