JP2018051099A - Living body skin resistance detector - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately detect a skin resistance.SOLUTION: An electrode part D is formed by covering surfaces of a first electrode 1 and a second electrode 2 with an insulation 3. A high frequency power source 4 is connected to the first electrode 1 through a guide element 11 for forming a resonant circuit, and an ammeter 5 is connected to the second electrode 2. A relationship between a resonant frequency and a resonant ohmic value when a frequency from the high frequency power source 4 is swept and a current state indicating resonance is detected on the ammeter 5 is detected, is acquired. Based on the relationship, based on a minimum resonant ohmic value in a zone where the resonant frequency and the resonant ohmic value are reduced or increased together, a skin resistance is determined. The electrode part D is provided on a steering handle, and based on the determined skin resistance, a driver state (for example, strained state) can be determined.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、生体の皮膚抵抗検出装置に関するものである。   The present invention relates to a living body skin resistance detection apparatus.

最近では、生体との関係を検出する各種センサが開発されている。特許文献1には、静電容量センサ間の距離変化に基づいて、心拍数等を検出するものが開示されている。特許文献2には、静電容量変化に基づいて、操作タッチの有無を検出するものが開示されている。特許文献3には、電極部の静電容量が最大となる構造の電極部を備えた共振回路で、共振点の抵抗値を生体の皮膚抵抗とするものが開示されている。   Recently, various sensors for detecting the relationship with a living body have been developed. Patent Literature 1 discloses a device that detects a heart rate and the like based on a change in distance between capacitance sensors. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-133620 discloses a device that detects the presence or absence of an operation touch based on a change in capacitance. Patent Document 3 discloses a resonance circuit including an electrode portion having a structure in which the capacitance of the electrode portion is maximized, wherein the resistance value at the resonance point is the skin resistance of a living body.

特開2014−210127号公報JP, 2014-210127, A 特開2014−44225号公報JP 2014-44225 A 特開2015−110508号公報JP, 2015-110508, A

特許文献3に記載のように、共振点の抵抗値を皮膚抵抗として決定する場合に、皮膚抵抗を精度よく検出することが難しい場合がある。例えば、電極部に対して生体の指先を接触させてそのときの皮膚抵抗を検出する場合に、電極部に対して指先が軽く接触している場合と強く接触している場合とでは接触面積が相違することになるが、接触面積が相違すると検出される皮膚抵抗も相違してしまうことになる。   As described in Patent Document 3, when the resistance value of the resonance point is determined as the skin resistance, it may be difficult to accurately detect the skin resistance. For example, when the skin resistance at that time is detected by bringing a fingertip of a living body into contact with the electrode part, the contact area is different depending on whether the fingertip is lightly contacting or strongly contacting the electrode part. Although it will be different, the detected skin resistance will be different if the contact area is different.

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、生体の皮膚抵抗をより精度よく検出できるようにした生体の皮膚抵抗検出装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a living body skin resistance detection apparatus that can detect skin resistance of a living body with higher accuracy.

前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、請求項1に記載のように、
第1電極と第2電極との表面を絶縁材に被覆することにより電極部が構成され、
前記第1電極部に対して共振回路を構成するための誘導素子を介して高周波電源が接続される一方、前記第2電極に対して電流測定手段が接続され、
前記高周波電源からの周波数をスイープさせて前記電流測定手段で共振を示す電流状態が検出されたときの共振周波数と共振抵抗値との相関関係を得る相関関係取得手段と、
前記相関関係取得手段により取得された相関関係に基づいて、共振周波数と共振抵抗値とが共に減少または共に増加する区間における最小の共振抵抗値に基づいて、生体の皮膚抵抗を決定する皮膚抵抗決定手段と、
を備えているようにしてある。
In order to achieve the above object, the following solution is adopted in the present invention. That is, as described in claim 1,
The electrode part is configured by covering the surfaces of the first electrode and the second electrode with an insulating material,
A high frequency power source is connected to the first electrode part via an inductive element for constituting a resonance circuit, while a current measuring means is connected to the second electrode,
A correlation acquisition unit that obtains a correlation between a resonance frequency and a resonance resistance value when a current state indicating resonance is detected by the current measurement unit by sweeping a frequency from the high-frequency power source;
Skin resistance determination for determining the skin resistance of the living body based on the minimum resonance resistance value in a section in which both the resonance frequency and the resonance resistance value decrease or increase based on the correlation acquired by the correlation acquisition means Means,
It is supposed to be equipped with.

上記解決手法によれば、共振周波数と共振抵抗値との相関関係を利用して、皮膚抵抗を精度よく検出することができる。すなわち、電極部に対する生体の接触面積が増大するのに伴って、共振周波数が減少する一方、共振抵抗値が減少することになる。つまり、共振周波数と共振抵抗値とが共に減少または共に増大する区間を有することになるが、このような区間での最小共振抵抗値が、皮膚抵抗に対応した精度のよい値を示すものとなる。   According to the above solution, the skin resistance can be detected with high accuracy using the correlation between the resonance frequency and the resonance resistance value. That is, as the contact area of the living body with the electrode portion increases, the resonance frequency decreases while the resonance resistance value decreases. In other words, the resonance frequency and the resonance resistance value both have a section that decreases or increases, and the minimum resonance resistance value in such a section shows an accurate value corresponding to the skin resistance. .

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、請求項2以下に記載のとおりである。すなわち、
前記皮膚抵抗決定手段は、共振周波数の減少に対する共振抵抗値の減少割合が所定値未満であることを条件として、皮膚抵抗を決定する、ようにしてある(請求項2対応)。この場合、電極部に対する生体の接触面積が十分に大きく確保された状態であることを条件として皮膚抵抗を決定することにより、皮膚抵抗をより精度よく検出する上で好ましいものとなる。
A preferred mode based on the above solution is as described in claim 2 and the following. That is,
The skin resistance determining means determines the skin resistance on the condition that the reduction ratio of the resonance resistance value with respect to the decrease of the resonance frequency is less than a predetermined value (corresponding to claim 2). In this case, it is preferable to detect the skin resistance more accurately by determining the skin resistance on condition that the contact area of the living body with respect to the electrode portion is sufficiently large.

生体が車両の運転者とされ、
前記電極部が、車両のステアリングハンドルに設けられている、
ようにしてある(請求項3対応)。この場合、運転者の皮膚抵抗を検出することができる。
The living body is assumed to be the driver of the vehicle,
The electrode part is provided on a steering wheel of a vehicle,
(Corresponding to claim 3). In this case, the driver's skin resistance can be detected.

前記第1電極と前記第2電極とのいずれか一方が、前記ステアリングハンドルのうち運転者により握り操作される環状部分の内周側の全周に渡って設けられる一方、前記第1電極と前記第2電極との他方が、該環状部分の外周側の全周に渡って設けられ、
前記第1電極と前記第2電極とによって、前記環状部分の全周面が覆われている、
ようにしてある(請求項4対応)。この場合、運転者の皮膚抵抗を検出する機会を十分に確保する上で好ましいものとなる。
One of the first electrode and the second electrode is provided over the entire circumference of the annular portion of the steering handle that is gripped by the driver, while the first electrode and the second electrode The other of the second electrode is provided over the entire circumference on the outer peripheral side of the annular portion,
The first electrode and the second electrode cover the entire circumferential surface of the annular portion.
(Corresponding to claim 4). In this case, it is preferable to ensure a sufficient opportunity to detect the driver's skin resistance.

前記皮膚抵抗決定手段により決定された皮膚抵抗に基づいて、運転者状態を判定する運転者状態判定手段をさらに備えている、ようにしてある(請求項5対応)。この場合、皮膚抵抗を利用して、運転者状態を判定することができる。   A driver state determining unit that determines a driver state based on the skin resistance determined by the skin resistance determining unit is further provided (corresponding to claim 5). In this case, the driver's condition can be determined using skin resistance.

本発明によれば、皮膚抵抗を精度よく検出することができる。   According to the present invention, skin resistance can be accurately detected.

共振回路が組み込まれた電極部に指先が触れている状態を示す図。The figure which shows the state which the fingertip has touched the electrode part in which the resonance circuit was incorporated. 共振抵抗値と共振周波数との相関関係を示す特性図。The characteristic view which shows the correlation of a resonance resistance value and a resonance frequency. ステアリングハンドルに対して電極部を配設した例を示す図。The figure which shows the example which has arrange | positioned the electrode part with respect to the steering handle. 本発明の制御系統例を示す図。The figure which shows the example of a control system of this invention. 図4におけるコントローラの制御例を示す図。The figure which shows the example of control of the controller in FIG.

図1において、1は第1電極(送信側電極)、2は第2電極(受信側電極)である。各電極1と2とは、実施形態では並列配置とされて、その表面は絶縁材3により被覆されている。絶縁材3は、各電極1と2との間に跨がって配設されている。なお、絶縁材3は、図1では肉厚の状態で示してあるが、実際には薄膜状とされている。各電極1、2と絶縁材3とによって、電極部Dが構成される。   In FIG. 1, 1 is a first electrode (transmission side electrode) and 2 is a second electrode (reception side electrode). The electrodes 1 and 2 are arranged in parallel in the embodiment, and the surface thereof is covered with an insulating material 3. The insulating material 3 is disposed across the electrodes 1 and 2. Although the insulating material 3 is shown in a thick state in FIG. 1, it is actually a thin film. The electrodes 1 and 2 and the insulating material 3 constitute an electrode part D.

第1電極1は、高周波電源4に接続されている。高周波電源4は、例えば500KHz〜4MHzの範囲で周波数が変更可能(スイープ可能)とされている。また、第2電極2には、電流計測手段としての電流計5が接続されている。電極部Dに対して共振回路を構成するため、誘導素子11(そのインダクタンスがLとして示される)が、第1電極1と高周波電源4との間に介在されている。   The first electrode 1 is connected to a high frequency power source 4. The high-frequency power supply 4 is configured such that the frequency can be changed (swept) in the range of 500 KHz to 4 MHz, for example. The second electrode 2 is connected to an ammeter 5 as current measuring means. In order to form a resonance circuit for the electrode part D, an induction element 11 (whose inductance is shown as L) is interposed between the first electrode 1 and the high-frequency power source 4.

図1では、生体としての人体(実施形態では自動車の運転者)が符号Mで示され、その指先が符号M1で示される。そして、図1では、電極D(の絶縁材3)に対して、指先M1が触れているときの等価回路を示してある。すなわち、R1は両電極1と2との間のリーク抵抗値であり、Cmは両電極1と2との間の相互容量である。また、Cfは、指先M1と電極1あるいは2との間の静電容量であり(第1電極1に対する静電容量と第2電極2に対する静電容量とは同じ値Cfとして示してある)、Rfは皮膚抵抗である。なお、皮膚抵抗は、接触面積によって変化するものである。   In FIG. 1, a human body as a living body (a driver of a car in the embodiment) is indicated by a symbol M, and a fingertip thereof is indicated by a symbol M1. FIG. 1 shows an equivalent circuit when the fingertip M1 is in contact with the electrode D (the insulating material 3). That is, R1 is a leakage resistance value between both electrodes 1 and 2, and Cm is a mutual capacitance between both electrodes 1 and 2. Cf is a capacitance between the fingertip M1 and the electrode 1 or 2 (the capacitance for the first electrode 1 and the capacitance for the second electrode 2 are shown as the same value Cf), Rf is skin resistance. In addition, skin resistance changes with contact areas.

さらに、指先M1が電極Dに触れている状態において、生体Mとしての運転者の身体を流れる人体アース経路が構成されることになる。すなわち、自動車の運転者となる生体Mは、運転席に着座することにより車体にアースされている状態となる。この人体アース経路において、Rbは人体抵抗であり、Cpは人体静電容量である。   Furthermore, in the state where the fingertip M1 is in contact with the electrode D, a human body ground path that flows through the driver's body as the living body M is configured. That is, the living body M that is a driver of the automobile is in a state of being grounded to the vehicle body by sitting on the driver's seat. In this human body ground path, Rb is a human body resistance, and Cp is a human body capacitance.

指先M1が絶縁材3から大きく離間しているとき(例えば30cm以上離間しているとき)は、皮膚抵抗Rfや人体アースは無視されることになる。このため、高周波電源4からの電流が流れる経路としては、誘導素子11から第1電極1を経て、リーク抵抗R1および相互容量Cmを通って、第2電極2に至る経路となる。このような電流の流れが図中実線で示される。   When the fingertip M1 is greatly separated from the insulating material 3 (for example, when separated by 30 cm or more), the skin resistance Rf and the human body ground are ignored. For this reason, the path through which the current from the high-frequency power source 4 flows is a path from the induction element 11 through the first electrode 1 to the second electrode 2 through the leakage resistor R1 and the mutual capacitance Cm. Such a current flow is indicated by a solid line in the figure.

指先M1が絶縁材3に接触した状態では、生体Mに起因した2つの回路系が生成される。生体Mに起因した第1の回路系は、皮膚抵抗Rfが関与する経路で、高周波電源4からの電流が、誘導素子11、第1電極1、図中左側の静電容量Cf、皮膚抵抗Rf、図中右側の静電容量Cfを経て、第2電極2に至る経路となる。このような電流の流れが図中一点鎖線で示される。   When the fingertip M1 is in contact with the insulating material 3, two circuit systems resulting from the living body M are generated. The first circuit system resulting from the living body M is a path involving the skin resistance Rf, and the current from the high-frequency power source 4 is the inductive element 11, the first electrode 1, the electrostatic capacitance Cf on the left side in the figure, and the skin resistance Rf. , A path to the second electrode 2 through the capacitance Cf on the right side in the figure. Such a current flow is indicated by a one-dot chain line in the figure.

生体Mに起因した第2の回路系は、人体アース経路であり、高周波電源4からの電流が、誘導素子11、第1電極1、図中左側の静電容量Cf、人体抵抗Rb、人体静電容量Cbを通る経路となる。このような電流の流れが図中破線で示される(電流計5を通らない経路となる)。   The second circuit system resulting from the living body M is a human body ground path, and the current from the high frequency power source 4 is the inductive element 11, the first electrode 1, the left side capacitance Cf, the human body resistance Rb, the human body static. This is a path through the capacitance Cb. Such a current flow is indicated by a broken line in the figure (a path that does not pass through the ammeter 5).

ここで、指先M1を絶縁材3から若干離間した状態(接触しないが近距離にあるホバータッチ状態)でも、静電容量Cfが生成されることから、電流は、実線で示す流れに加えて、破線で示す流れを生じることになる。すなわち、指先M1を、電極部D(の絶縁材3)に対して大きく離間した状態から徐々に接近させて最終的に接触させたとき、電流の流れる経路が、順次、「図1実線の状態」、「図1実線の状態+図1破線の状態」、「「図1実線の状態+図1破線の状態+図1一点鎖線の状態」へと変化することになる。   Here, since the capacitance Cf is generated even in a state where the fingertip M1 is slightly separated from the insulating material 3 (a hover touch state where the fingertip M1 is not in contact but at a short distance), in addition to the flow shown by the solid line, A flow indicated by a broken line is generated. That is, when the fingertip M1 is gradually approached from the state of being largely separated from the electrode part D (the insulating material 3 thereof) and finally brought into contact with the electrode part D (the insulating material 3), "," State of solid line in FIG. 1 + state of broken line in FIG. 1 "," state of solid line in FIG. 1 + state of broken line in FIG. 1 + state of dashed line in FIG.

いま、指先M1を絶縁材3から大きく離間した状態から、徐々に絶縁材3に接近させて、最終的に絶縁材3に強く圧着させた状態を想定する。このように指先M1の位置を変化させる過程において、高周波電源4での周波数を変更して(スイープ)して、そのときの共振周波数と共振抵抗値との相関関係をまとめて示したのが図2である。なお、共振の検出は、電流計5が極値を検出した時点のものとされ、この共振時の周波数が共振周波数であり、そのときの抵抗値が共振抵抗値となる(共振抵抗値は、高周波電源4での発生電圧と電流計5での検出電流に基づいて算出)。   Now, it is assumed that the fingertip M1 is gradually separated from the insulating material 3 and gradually brought closer to the insulating material 3 and finally strongly pressed against the insulating material 3. In this process of changing the position of the fingertip M1, the frequency of the high-frequency power source 4 is changed (swept), and the correlation between the resonance frequency and the resonance resistance value at that time is shown together in FIG. 2. The resonance is detected when the ammeter 5 detects the extreme value, the frequency at the time of resonance is the resonance frequency, and the resistance value at that time is the resonance resistance value (resonance resistance value is (Calculated based on the voltage generated by the high frequency power source 4 and the detected current by the ammeter 5)

図2において、指先M1を絶縁材3から大きく離間したときは、共振時の初期抵抗値はリーク抵抗R1となり、このときの共振周波数が初期共振周波数となる。初期抵抗値(=R1)となるときの時点が、図2中符号αで示される。   In FIG. 2, when the fingertip M1 is greatly separated from the insulating material 3, the initial resistance value at the time of resonance is the leak resistance R1, and the resonance frequency at this time is the initial resonance frequency. The point in time when the initial resistance value (= R1) is reached is indicated by symbol α in FIG.

初期抵抗値R1が検出された状態から、指先M1をさらに絶縁材3に接近させていくと、図1中破線で示す電流の流れを生じる結果、その分電流計5が検出する電流値が減少して、共振抵抗値が増大する一方、共振周波数が減少する。このように、共振抵抗値が初期抵抗値から増大する一方、共振周波数が初期周波数から減少していく状態の範囲では、指先M1が絶縁材3の近くに位置するホバータッチ状態である。   When the fingertip M1 is further moved closer to the insulating material 3 from the state in which the initial resistance value R1 is detected, a current flow indicated by a broken line in FIG. 1 is generated, and as a result, the current value detected by the ammeter 5 decreases accordingly. Thus, the resonance resistance value increases while the resonance frequency decreases. As described above, in a state where the resonance resistance value increases from the initial resistance value and the resonance frequency decreases from the initial frequency, the fingertip M1 is in the hover touch state located near the insulating material 3.

指先M1が絶縁材3に接触すると、図1中一点鎖線で示す電流の流れも生じて、共振抵抗値は、その増大状態から減少状態へと変化される。すなわち、指先M1を絶縁材3に強く押し当てていくのに伴って(指先M1の絶縁材3に対する接触面積が増大されるのに伴って)、皮膚抵抗Rfが減少することから、共振抵抗値は減少状態へと変化される。そして、共振抵抗値の減少に伴って、共振周波数が減少していく。共振抵抗値が増大から減少へと移行する極値(極大値)となるときが、ホバータッチの終了時点となる。ホバータッチの終了時点が、図2中符号βで示される。なお、ホバータッチ状態であることが検出可能な最大距離(電極Dと指先M1との間の距離)は、6cm以上とすることが可能である。   When the fingertip M1 contacts the insulating material 3, a current flow indicated by a one-dot chain line in FIG. 1 is also generated, and the resonance resistance value is changed from the increased state to the decreased state. That is, as the fingertip M1 is strongly pressed against the insulating material 3 (as the contact area of the fingertip M1 with the insulating material 3 is increased), the skin resistance Rf decreases, so that the resonance resistance value Is changed to a decreasing state. As the resonance resistance value decreases, the resonance frequency decreases. The end point of the hover touch is when the resonance resistance value reaches an extreme value (maximum value) that shifts from increase to decrease. The end point of the hover touch is indicated by a symbol β in FIG. Note that the maximum distance (the distance between the electrode D and the fingertip M1) that can be detected as being in the hover touch state can be 6 cm or more.

上述したように、初期抵抗値に対して共振抵抗値が大きい範囲において(図2のα〜βの範囲)、共振抵抗値の増減に対して共振周波数の増減が反対の関係となる場合(つまり、共振周波数の減少に伴って共振抵抗値が増大する場合で、換言すれば共振周波数の増大に伴って共振抵抗値が減少する場合とも言える)に、前記電極部に対して生体がホバータッチ状態であると判定することが可能となる。   As described above, when the resonance resistance value is larger than the initial resistance value (range α to β in FIG. 2), the increase or decrease of the resonance frequency is opposite to the increase or decrease of the resonance resistance value (that is, When the resonance resistance value increases as the resonance frequency decreases, in other words, the resonance resistance value decreases as the resonance frequency increases), the living body is in a hover touch state with respect to the electrode unit. It can be determined that

指先M1を電極部Dに強く押しあてた最終状態では、共振抵抗値が最小値となり、この最小値となった時点が図2中符号γで示される。なお、共振抵抗値が最小となるときの最小共振抵抗値は、皮膚抵抗値と判断することができる。そして、共振周波数が殆ど変化していないにもかかわらず皮膚抵抗値(最小共振抵抗値)が所定値以上小さくなる方向に変化したときは、生体Mが発汗していると判定することができる。   In the final state in which the fingertip M1 is strongly pressed against the electrode part D, the resonance resistance value becomes the minimum value, and the point in time when the resonance resistance value becomes the minimum value is indicated by the symbol γ in FIG. Note that the minimum resonance resistance value when the resonance resistance value is minimized can be determined as the skin resistance value. When the skin resistance value (minimum resonance resistance value) changes in a direction that decreases by a predetermined value or more even though the resonance frequency has hardly changed, it can be determined that the living body M is sweating.

上記β〜γの範囲における共振抵抗値に基づいて、生体Mの姿勢状態を判定することができ、また共振抵抗値の変化から姿勢変化を検出することができる。すなわち、生体Mは、例えば運転席に着座しているときの状態、例えばシートバックに寄りかかっているとき、シートバックから背中が離間しているとき、運転席から尻を浮かしているとき等では、車体に対するアース位置が変化することから、共振抵抗値が変化することになる。したがって、生体Mの姿勢状態と共振抵抗値との相関関係をあらかじめデータベースとして作成しておくことにより、取得した共振抵抗値をデータベースに照合して、生体Mの姿勢状態を判定することが可能となる。   The posture state of the living body M can be determined based on the resonance resistance value in the range of β to γ, and the posture change can be detected from the change in the resonance resistance value. That is, for example, when the living body M is seated in the driver's seat, for example, when leaning on the seat back, when the back is separated from the seat back, or when the hip is lifted from the driver seat, etc. Since the ground position with respect to the vehicle body changes, the resonance resistance value changes. Therefore, by creating a correlation between the posture state of the living body M and the resonance resistance value in advance as a database, it is possible to determine the posture state of the living body M by comparing the acquired resonance resistance value with the database. Become.

図2中、βとγとの間の範囲は、指先M1の絶縁材3に対する接触面積の増大を意味することから、この範囲における共振周波数から算出した静電容量から、指先M1の絶縁材3に対する接触面積を取得することが可能となる。   In FIG. 2, the range between β and γ means an increase in the contact area of the fingertip M1 with the insulating material 3, and therefore the insulating material 3 of the fingertip M1 is calculated from the capacitance calculated from the resonance frequency in this range. It becomes possible to acquire the contact area with respect to.

電流が図1一点鎖線で示す流れの場合において、共振時の回路抵抗Zは、次式(1)で算出される。なお、式中、fは共振周波数であり、高周波電源4での出力状態をみることにより共振周波数fを知ることができる。そして、共振時には、LとCfとが打ち消しあうことから、回路抵抗Zは皮膚抵抗Rfとなる。   In the case where the current is a flow indicated by a one-dot chain line in FIG. 1, the circuit resistance Z at the time of resonance is calculated by the following equation (1). In the equation, f is a resonance frequency, and the resonance frequency f can be known by looking at the output state of the high-frequency power source 4. At resonance, L and Cf cancel each other, so that the circuit resistance Z becomes the skin resistance Rf.

Figure 2018051099
Figure 2018051099

また、静電容量値Cfは次式(2)で算出される。   Further, the capacitance value Cf is calculated by the following equation (2).

Figure 2018051099
Figure 2018051099

共振周波数fおよび誘導素子11のインダクタンスLは既知なので、(2)式から静電容量値Cfが算出可能である。そして、求められた静電容量値Cfから、指先M1の接触面積を求めることが可能である。例えば、静電容量値Cfと接触面積との関係をあらかじめデータベース化して、算出されたCfをデータベースに照合することにより接触面積を決定することができる。   Since the resonance frequency f and the inductance L of the induction element 11 are known, the capacitance value Cf can be calculated from the equation (2). The contact area of the fingertip M1 can be obtained from the obtained capacitance value Cf. For example, the contact area can be determined by creating a database of the relationship between the capacitance value Cf and the contact area in advance and comparing the calculated Cf with the database.

なお、電流の流れが図1実線で示す場合および破線で示す場合も式(1)、式(2)と同様にして回路抵抗および静電容量値を算出することができる。この場合、電流が実線で示す流れの場合は、Rfに代えてR1を用い、Cfに代えてCmを用いればよい。また、電流が図1破線で示す流れの場合は、Rfに代えてRbを用い、Cfに代えて「Cf+Cp」を用いればよい。   Note that the circuit resistance and the capacitance value can be calculated in the same manner as in the equations (1) and (2) when the current flow is indicated by a solid line in FIG. In this case, when the current is a flow indicated by a solid line, R1 may be used instead of Rf, and Cm may be used instead of Cf. When the current is a flow indicated by a broken line in FIG. 1, Rb may be used instead of Rf, and “Cf + Cp” may be used instead of Cf.

図3は、ステアリングハンドル41に、1組の電極部Dを設けた場合を示す。すなわち、図3は、ステアリングハンドル41が中立位置にある状態を示し、この図3において、ステアリングハンドル41のうち握り操作の対象となる環状部分の全周面を覆うように第1電極1と第2電極2とが配設されている。具体的には、第1電極1と第2電極2との一方がステアリングハンドル41(のうち環状部分)の内周側に配設され、他方がステアリングハンドル41の外周側に配設してある。各電極1と2とは、ステアリングハンドル1の全周に亘って延びるように配設され、かつ各電極1と2とでステアリングハンドル1(の環状部分)の全周面を覆うようにしてある。これにより、運転者がステアリングハンドル41(の環状部分)のいずれの部位を把持していても、皮膚抵抗を検出できるようになっている(検出機会を十分に確保)。   FIG. 3 shows a case where the steering handle 41 is provided with a pair of electrode portions D. That is, FIG. 3 shows a state in which the steering handle 41 is in a neutral position. In FIG. 3, the first electrode 1 and the first electrode 1 are arranged so as to cover the entire peripheral surface of the annular portion of the steering handle 41 that is the object of the gripping operation. Two electrodes 2 are provided. Specifically, one of the first electrode 1 and the second electrode 2 is disposed on the inner peripheral side of the steering handle 41 (of the annular portion), and the other is disposed on the outer peripheral side of the steering handle 41. . The electrodes 1 and 2 are arranged so as to extend over the entire circumference of the steering handle 1, and the electrodes 1 and 2 cover the entire circumferential surface of the steering handle 1 (annular portion thereof). . As a result, the skin resistance can be detected regardless of which part of the steering handle 41 (the annular portion thereof) is held by the driver (ensures sufficient detection opportunity).

なお、第1電極1の面積を第2電極2の面積で除した値が小さい方が、センサ感度が向上する(共振周波数の変化に伴う共振抵抗値の変化が大になる)ことから、第1電極1に比して第2電極2の面積を大きくするのが好ましい、
図4は、本発明おける制御系統例が示される。図中Uは、マイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラ(制御ユニット)である。このコントローラUには、電流計5での検出電流が入力される。また、コントローラUは、高周波電源4およびディスプレイ42を制御する。ディスプレイ42は、例えば、検出される皮膚抵抗に応じて判定される運転者状態が、緊張しているあるいは不安感をもっている場合に、休息を促す等の注意警報を行うものとなっている。
Note that the smaller the value obtained by dividing the area of the first electrode 1 by the area of the second electrode 2, the sensor sensitivity is improved (the change in the resonance resistance value accompanying the change in the resonance frequency is large). It is preferable to increase the area of the second electrode 2 as compared to the one electrode 1.
FIG. 4 shows an example of a control system in the present invention. In the figure, U is a controller (control unit) configured using a microcomputer. The controller U receives the current detected by the ammeter 5. Further, the controller U controls the high frequency power supply 4 and the display 42. For example, when the driver state determined according to the detected skin resistance is tense or anxious, the display 42 performs a warning warning such as prompting for rest.

次に、コントローラUによる制御例、特に皮膚抵抗の検出について、図5のフローチャートを参照しつつ説明する。なお、以下の説明でQはステップを示す。まず、Q1において、高周波電源4を制御して、特定の周波数帯域の範囲でもって周波数の変更(スイープ)を行う。   Next, an example of control by the controller U, particularly detection of skin resistance, will be described with reference to the flowchart of FIG. In the following description, Q indicates a step. First, in Q1, the high frequency power supply 4 is controlled to change (sweep) the frequency within a specific frequency band range.

Q1の後、Q2において、初期抵抗値(=R1)とそのときの共振周波数f1が決定される。この後、Q3において、共振抵抗値と共振周波数との相関関係が取得される(図2のような特性の取得となるが、α点からγ点までの全ての周波数範囲での特性が得られるものとは限らない)。   After Q1, an initial resistance value (= R1) and a resonance frequency f1 at that time are determined at Q2. Thereafter, in Q3, a correlation between the resonance resistance value and the resonance frequency is acquired (characteristics as shown in FIG. 2 are acquired, but characteristics in the entire frequency range from the α point to the γ point are obtained. Not necessarily).

Q3の後、Q4において、共振抵抗値が初期共振抵抗値R1よりも減少しているか否か(減少範囲が存在するか否か)が判別される。このQ4の判別でYESのときは、Q5において、共振周波数が減少しているか否か(減少範囲が存在するか否か)が判別される。   After Q3, at Q4, it is determined whether or not the resonance resistance value is smaller than the initial resonance resistance value R1 (whether or not there is a reduction range). When the determination in Q4 is YES, it is determined in Q5 whether or not the resonance frequency is decreasing (whether or not there is a decrease range).

上記Q5の判別でYESのときは、Q6において、共振周波数の減少に対する共振抵抗値の減少割合が所定値未満であるか否かが判別される。このQ6の判別は、つまるところ、共振周波数の変動にかかわらず、共振抵抗値が殆ど変化しない範囲が存在するか否かの判別となり、図2において、皮膚抵抗検出範囲として示す領域が存在するか否かの判別となる。   If the determination in Q5 is YES, it is determined in Q6 whether or not the decrease ratio of the resonance resistance value with respect to the decrease in the resonance frequency is less than a predetermined value. In other words, the determination of Q6 is a determination as to whether or not there is a range in which the resonance resistance value hardly changes regardless of the change in the resonance frequency. In FIG. 2, whether or not there is a region indicated as the skin resistance detection range. It becomes the judgment.

上記Q6の判別でYESのときは、Q7において、最小の共振抵抗値に基づいて皮膚抵抗が決定される(実施形態では、最小の共振抵抗値が皮膚抵抗値として決定される)。前記Q4の判別でNOのとき、Q5の判別でNOのとき、あるいはQ6の判別でNOのときは、皮膚抵抗の決定が行われることなく終了される。   When the determination in Q6 is YES, in Q7, the skin resistance is determined based on the minimum resonance resistance value (in the embodiment, the minimum resonance resistance value is determined as the skin resistance value). If NO in Q4, NO in Q5, or NO in Q6, the process ends without determining skin resistance.

ここで、上述のようにして決定された皮膚抵抗に基づいて、運転者状態(特に運転者の感情状態)を判定することもできる。例えば、発汗すると、皮膚抵抗が減少することから、皮膚抵抗に応じて、発汗の有無(あるいは発汗の程度)を判定することができる。発汗は、運転者が緊張あるいは不安を抱いていると想定されることから、発汗レベルが高いときは、休息を促す等の注意情報をディスプレイ42に表示させる等のことができる。   Here, based on the skin resistance determined as described above, the driver state (particularly, the driver's emotional state) can also be determined. For example, since the skin resistance decreases when sweating, the presence or absence of sweating (or the degree of sweating) can be determined according to the skin resistance. Since sweating is presumed that the driver is nervous or anxious, attention information such as prompting for rest can be displayed on the display 42 when the sweating level is high.

以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能である。皮膚抵抗の検出に加えて、ホバータッチの検出と姿勢状態(姿勢の変化)の検出と接触面積の検出との任意の1以上の検出を合わせて行うこともできる。皮膚抵抗の検出対象となる部位は、指先に限らず、足先や肘等、生体の適宜の部位とすることができる。本発明は、生体が接触される可能性のある適宜のものに適用でき、例えば車両(特に自動車)以外の船舶、航空機等、人間によって操作される各種のものを対象とすることができ、また移動物体以外の静止物体についても検出対象とすることができる。決定される皮膚抵抗は、連続可変式の値で決定することもでき、あるいは例えば大、中、小のような複数段階で決定することもできる。フローチャートに示す各ステップあるいはステップ群は、コントローラUの有する機能を示すもので、この機能を示す名称に手段の文字を付して、コントローラUの有する構成要件として把握することができる。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。   Although the embodiments have been described above, the present invention is not limited to the embodiments, and appropriate modifications can be made within the scope of the claims. In addition to detection of skin resistance, any one or more of detection of hover touch, detection of posture state (change in posture), and detection of contact area can be performed together. The part to be detected for skin resistance is not limited to the fingertip, but may be an appropriate part of the living body such as a foot tip or an elbow. The present invention can be applied to an appropriate thing that a living body may come into contact with, for example, a ship other than a vehicle (particularly an automobile), an aircraft, etc. A stationary object other than a moving object can also be a detection target. The determined skin resistance can be determined by a continuously variable value, or can be determined in multiple stages, for example, large, medium and small. Each step or step group shown in the flowchart indicates the function of the controller U, and the name indicating the function can be attached to the name of the means so as to be grasped as a constituent requirement of the controller U. Of course, the object of the present invention is not limited to what is explicitly stated, but also implicitly includes providing what is substantially preferred or expressed as an advantage.

本発明は、皮膚抵抗を精度よく検出することができる。   The present invention can accurately detect skin resistance.

U:コントローラ
M:生体
M1:指先
D:電極部
1:第1電極
2:第2電極
3:絶縁材
4:高周波電源
5:電流計
R1:リーク抵抗
Cm:相互容量
Cf:静電容量(指先との間)
Rf:皮膚抵抗
Cp:人体静電容量
Rb:人体抵抗
41:ステアリングハンドル
α:初期抵抗値を示す
β:極値を示す(ホバータッチの終了時点)
γ:最小共振抵抗値を示す(皮膚抵抗を示す)
U: Controller M: Living body M1: Fingertip D: Electrode unit 1: First electrode 2: Second electrode 3: Insulating material 4: High frequency power supply 5: Ammeter R1: Leakage resistance Cm: Mutual capacitance Cf: Capacitance (fingertip) Between)
Rf: Skin resistance Cp: Human body capacitance Rb: Human body resistance 41: Steering handle α: Indicates initial resistance value β: Indicates extreme value (when hover touch ends)
γ: Indicates the minimum resonance resistance value (shows skin resistance)

Claims (5)

第1電極と第2電極との表面を絶縁材に被覆することにより電極部が構成され、
前記第1電極部に対して共振回路を構成するための誘導素子を介して高周波電源が接続される一方、前記第2電極に対して電流測定手段が接続され、
前記高周波電源からの周波数をスイープさせて前記電流測定手段で共振を示す電流状態が検出されたときの共振周波数と共振抵抗値との相関関係を得る相関関係取得手段と、
前記相関関係取得手段により取得された相関関係に基づいて、共振周波数と共振抵抗値とが共に減少または共に増加する区間における最小の共振抵抗値に基づいて、生体の皮膚抵抗を決定する皮膚抵抗決定手段と、
を備えていることを特徴とする生体の皮膚抵抗検出装置。
The electrode part is configured by covering the surfaces of the first electrode and the second electrode with an insulating material,
A high frequency power source is connected to the first electrode part via an inductive element for constituting a resonance circuit, while a current measuring means is connected to the second electrode,
A correlation acquisition unit that obtains a correlation between a resonance frequency and a resonance resistance value when a current state indicating resonance is detected by the current measurement unit by sweeping a frequency from the high-frequency power source;
Skin resistance determination for determining the skin resistance of the living body based on the minimum resonance resistance value in a section in which both the resonance frequency and the resonance resistance value decrease or increase based on the correlation acquired by the correlation acquisition means Means,
An apparatus for detecting skin resistance of a living body, comprising:
請求項1において、
前記皮膚抵抗決定手段は、共振周波数の減少に対する共振抵抗値の減少割合が所定値未満であることを条件として、皮膚抵抗を決定する、ことを特徴とする生体の皮膚抵抗検出装置。
In claim 1,
The skin resistance detecting device according to claim 1, wherein the skin resistance determining means determines skin resistance on condition that a reduction ratio of a resonance resistance value with respect to a decrease in resonance frequency is less than a predetermined value.
請求項1または請求項2において、
生体が車両の運転者とされ、
前記電極部が、車両のステアリングハンドルに設けられている、
ことを特徴とする生体の皮膚抵抗検出装置。
In claim 1 or claim 2,
The living body is assumed to be the driver of the vehicle,
The electrode part is provided on a steering wheel of a vehicle,
A living body skin resistance detection device characterized by the above.
請求項3において、
前記第1電極と前記第2電極とのいずれか一方が、前記ステアリングハンドルのうち運転者により握り操作される環状部分の内周側の全周に渡って設けられる一方、前記第1電極と前記第2電極との他方が、該環状部分の外周側の全周に渡って設けられ、
前記第1電極と前記第2電極とによって、前記環状部分の全周面が覆われている、
ことを特徴とする生体の皮膚抵抗検出装置。
In claim 3,
One of the first electrode and the second electrode is provided over the entire circumference of the annular portion of the steering handle that is gripped by the driver, while the first electrode and the second electrode The other of the second electrode is provided over the entire circumference on the outer peripheral side of the annular portion,
The first electrode and the second electrode cover the entire circumferential surface of the annular portion.
A living body skin resistance detection device characterized by the above.
請求項3または請求項4において、
前記皮膚抵抗決定手段により決定された皮膚抵抗に基づいて、運転者状態を判定する運転者状態判定手段をさらに備えている、ことを特徴とする生体の皮膚抵抗検出装置。
In claim 3 or claim 4,
A living body skin resistance detection apparatus, further comprising: a driver state determination unit that determines a driver state based on the skin resistance determined by the skin resistance determination unit.
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