JP3163632B2 - 皮膚電位検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被験者の皮膚電位を検
出する皮膚電位検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、人の覚醒度が低下すると腕や
手首等の電位を基準とした指や手掌の電位が低下すると
いう関係が知られている。そこで、こうした覚醒度に関
係する皮膚電位差を検出する装置として、例えば特公昭
６３−５２３４９号公報記載の様に、被験者の手首の皮
膚電位と指先の皮膚電位を検出する装置が開発され、居
眠り運転防止等の各種用途に役立てる試みがなされてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、本発明者ら
の検討によると、図９に示す様に、温熱性発汗が発生し
ている場合にも皮膚電位差が低下するということが分か
った。なお、図９は、本発明者らが行った実験の装置構
成と実験結果を示している。

【０００４】皮膚電位差は、被験者の手首と指に接触さ
せた電極で検出する皮膚電位の差として検出した。ま
た、発汗量は市販のガスフロー式発汗計により、手掌と
前腕部の二箇所について測定した。

【０００５】皮膚電位差及び発汗量の測定は、まず、被
験者を室温２３．５゜Ｃ，湿度３７％の環境に１時間滞
在させた後に、室温４０゜Ｃ，湿度６０％の部屋に入室
させ、所定時間後に退出させるという手順で実施した。

【０００６】図示の様に、この最初の室温，湿度条件の
下でも前腕部に微量の発汗が見られるが、これは不感蒸
散による基礎的な発汗であって温熱性発汗ではない。そ
して、被験者が高温多湿の部屋に入室すると、温熱性発
汗が開始され、前腕部の発汗量が増大し始めた。一方、
手掌部からは常時３％前後の発汗が見られた。この間の
皮膚電位差の変化について見ると、被験者が高温多湿の
部屋に入室すると、被験者は覚醒度の高い状態であるに
も係わらずあたかも覚醒度が低下した場合と同様に皮膚
電位差が低下するということが分かった。そして、被験
者がこの高温多湿の部屋を退室すると温熱性発汗が停止
して前腕部の発汗量が不感蒸散の状態に復帰すると共
に、皮膚電位差も高いレベルに復帰した。

【０００７】この様に、温熱性発汗が発生している状態
では覚醒度に係わりなく皮膚電位差が低下するため、従
来の皮膚電位検出装置では、この装置による検出結果に
基づいて覚醒度を判断しようとする場合に誤判断をして
しまうという問題があった。

【０００８】本発明は、こうした温熱性発汗の影響によ
り覚醒度判断等の後処理で誤った判断や動作をすること
のない皮膚電位検出装置を提供することを目的として完
成されたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用】かかる目的を達
成するためになされた本発明の皮膚電位検出装置は、皮
膚に電気的に接触して、身体の２部位の皮膚電位を検出
する皮膚電位検出手段と、前記皮膚電位検出手段によっ
て検出される２部位の皮膚電位の電位差に基づいて、被
測定者の状態を判定する判定手段と、皮膚の温熱性発汗
の状態を検出する温熱性発汗検出手段と、該温熱性発汗
検出手段の検出結果が、皮膚に温熱性発汗が生じている
状態に対応する場合は、前記判定手段による被測定者の
状態の判定を直接または間接に禁止する禁止手段とを備
える構成を採用した。なお、温熱性発汗検出手段は、請
求項２記載のように、皮膚からの発汗を検出する発汗セ
ンサと、前記発汗センサからの検出値に基づいて、温熱
性発汗が生じている状態であるか否かを判定する判定部
とを有する構成とすることができる。

【００１０】この構成を採用したことにより、本発明の
皮膚電位検出装置によれば、温熱性発汗が生じている場
合は被測定者の状態の判定が直接または間接に禁止され
る。従って、被測定者に温熱性発汗が生じている場合
は、本発明の皮膚電位検出装置を組み入れたシステムに
おいては、皮膚電位に基づく判断や処理が行われないこ
とになる。

【００１１】ここで、被測定者の状態の判定を直接また
は間接に禁止するとは、検出した皮膚電位から覚醒度判
断等に用いる皮膚電位差の算出を禁止することや、判定
手段による被測定者の状態の判定、例えば算出した皮膚
電位差から覚醒度低下が生じているか否かといった判定
を禁止することや、皮膚電位に基づく各種の判断をする
装置に組み入れられる場合にはその判断を禁止すること
や、さらには覚醒度低下時には例えば居眠り防止装置を
作動させるシステムに組み入れられた場合はその居眠り
防止装置の作動を禁止することなどをいう。すなわち、
禁止手段により被測定者の状態の判定を直接または間接
に禁止するとは、皮膚電位検出装置により検出される皮
膚電位に基づいて最終的な判断・処理をさせないための
あらゆる手段を含むのである。

【００１２】

【実施例】次に、本発明を具体化した実施例を図面に基
づき詳細に説明する。実施例としては、車両の運転者に
対する居眠り防止システムに組み入れた皮膚電位検出装
置を説明する。

【００１３】まず、居眠り防止システム１の構成を図
１，図２に基づいて説明する。居眠り防止システム１
は、運転者に装着される覚醒度低下検出装置３と、この
覚醒度低下検出装置３から覚醒度が低下した状態を意味
する信号（覚醒度低下検出信号）が入力されたときに車
載のクーラ５を作動させて居眠り防止を実行する居眠り
防止装置７とから構成される。

【００１４】覚醒度低下検出装置３は、図２に示す様
に、運転者の手首にバンド９にて装着される検出部本体
１１と、この検出部本体１１とリード線１３で結ばれ、
運転者の指部に装着されるリング１５とからなる。そし
て、検出部本体１１には運転者の手首部の皮膚と電気的
に接触する基準電極１７が配設され、リング１５には運
転者の指部の皮膚と電気的に接触する活動電極１９が配
設されている。

【００１５】また、検出部本体１１は、図１に示す様
に、基準電極１７と活動電極１９とが検出する皮膚電位
の差を演算する皮膚電位差演算部２１と、この皮膚電位
差演算部２１の演算した皮膚電位差が運転者の覚醒度が
低下した状態のものであるか否かを判断する覚醒度低下
判断部２３と、この覚醒度低下判断部２３が覚醒度低下
を判断した場合に覚醒度低下検出信号を居眠り防止装置
７に対して送信する送信部２５とを備えている。そし
て、これらに加えて発汗センサ２７と、この発汗センサ
２７の検出値により運転者に温熱性発汗が生じている状
態であるか否かを判断する温熱性発汗有無判断部２９と
を備えている。前述の覚醒度低下判断部２３は、この温
熱性発汗有無判断部２９からの信号も受け取る様に構成
されており、運転者の覚醒度が低下した状態であるとの
判断は、この温熱性発汗の有無によっても左右される構
成となっている。

【００１６】一方、居眠り防止装置７は、覚醒度低下検
出装置３の送信部２５からの信号を受信する受信部３１
と、この受信部３１からの信号をマイナス入力とし、基
準電圧発生回路３３からの所定の基準電圧をプラス入力
として運転者の覚醒度が低下した状態のときにハイレベ
ル信号を出力する比較回路３５と、この比較回路３５か
らのハイレベル信号により作動されるタイマ回路３７
と、このタイマ回路３７によるタイマ動作によってクー
ラ５を所定時間だけ駆動するクーラ制御回路３９とから
構成されている。

【００１７】ここで、発汗センサ２７としては種々のタ
イプのものを採用することができるが、いくつかの代表
的な例を説明する。その一つとして、サーミスタを利用
したサーミスタ型発汗センサ２７ａの例を図３に示す。

【００１８】検出部本体１１には、皮膚に接触する様に
一つの面を露出して配設された基準電極１７と並んで、
同じく皮膚に接触する様に一つの面を露出させたサーミ
スタ４１を配設してある。そして、サーミスタ４１にお
いて、被験者の皮膚に接触しない側の面は断熱材４３に
て被覆して外部環境の温度が影響しない様に工夫されて
いる。

【００１９】このサーミスタ型発汗センサ２７ａにより
検出するサーミスタ温度は、図中（Ｂ）としてグラフに
て示す様に、被験者の深部体温と皮膚温度との中間的な
温度となり、絶対値は深部体温より低くなる。ここで、
深部体温は温熱性発汗が発生するまでは環境温度が変化
してもほぼ一定値を保ち、温熱性発汗が発生すると上昇
し、その後発汗による熱放散によって再び一定値になる
ことが知られている。

【００２０】ただし、ここで言う皮膚温度とは、本セン
サが接触しない皮膚上（温熱性発汗部位）の温度であ
り、環境温度及び発汗による温度変化を生じる。また、
サーミスタ温度は、サーミスタ部直下の皮膚温度を示し
ていると考えられる。

【００２１】このとき、温熱性発汗の前後で深部体温に
は所定の温度変化Δｔが見られる。そして、サーミスタ
型発汗センサ２７ａによれば、この深部体温とほぼ同様
の変化状態を呈するサーミスタ温度を計測することがで
き、温熱性発汗の前後で所定の温度変化Δｔ’＝ａが見
られることになる。従って、このサーミスタ型発汗セン
サ２７ａにおいては、サーミスタ４１からの検出温度の
変化Δｔ’が閾値ａを越えたか否かで温熱性発汗の有無
を判断することができる。

【００２２】次に他のタイプの発汗センサとして、皮膚
インピーダンスを測定することにより発汗の有無を検出
する皮膚インピーダンス型発汗センサ２７ｂの例を説明
する。この皮膚インピーダンス型発汗センサ２７ｂは、
図４の（Ｂ）としてグラフにて示す様に、皮膚水分量が
多い発汗状態では皮膚インピーダンスが低くなり、皮膚
インピーダンスは発汗量の逆数にほぼ比例するという現
象を利用して発汗の有無を検出するものである。

【００２３】皮膚インピーダンス型発汗センサ２７ｂ
は、図４の（Ａ）に示す様に、検出部本体１１に配設さ
れた基準電極１７と所定間隔をおいてもう一つの電極と
してＧＮＤ電極５１を配設したものであり、基準電極１
７とＧＮＤ電極５１との間は大気開放空間となる様に各
電極１７，５１が検出部本体１１の下面１１ａから突出
した状態で取り付けられている。この皮膚インピーダン
ス型発汗センサ２７ｂを覚醒度低下検出装置３に組み入
れた状態は、図５の様になる。

【００２４】即ち、皮膚インピーダンス型発汗センサ２
７ｂを利用する場合は、皮膚電位の検出と皮膚インピー
ダンスの検出とを切り換える必要があることから、基準
電極１７とＧＮＤ電極５１はタイミング制御器５３によ
り所定のタイミングで切り換えられるリレースイッチ５
５により、皮膚電位検出アンプ５７または皮膚インピー
ダンス検出器５９のいずれかへ検出信号を入力する様に
交互に切り換えられつつ覚醒度低下状態にあるか否かの
判断が実行される。温熱性発汗有無判断部２９では、皮
膚インピーダンス検出器５９からの検出信号から定まる
皮膚インピーダンスの逆数が閾値ｂを越えたか否かによ
って温熱性発汗の有無を判断することができる。

【００２５】次に、他のタイプの発汗センサとして、人
体からの輻射温度を利用した輻射温度型発汗センサ２７
ｃの例を説明する。輻射温度型発汗センサ２７ｃは、図
６に示す様に、サーミスタ６１を検出部本体１１の側面
１１ｂから突設したものである。なお、サーミスタ６１
と検出部本体１１との間は断熱性を持たせてある。この
サーミスタ６１により検出される温度は、人体からの輻
射温度としての皮膚温度と、環境温度に依存するサーミ
スタ６１の周囲温度との中間的な値となり、発汗開始時
の温度は所定値ｃとなる。従って、温熱性発汗有無判断
部２９では、サーミスタ６１の検出温度が閾値ｃを越え
たか否かによって温熱性発汗の有無を判断することがで
きる。

【００２６】次に、さらに他のタイプのものとして、発
汗による水分蒸散に伴う湿度変化を利用した湿度変化型
発汗センサ２７ｄの例を説明する。湿度変化型発汗セン
サ２７ｄは、図７の（Ａ）に示す様に、検出部本体１１
に空洞７１を形成してその内側に湿度センサ７３を配設
したものである。発汗と相対湿度ＲＨとの間には図中
（Ｂ）の関係があり、発汗が起こると相対湿度ＲＨが上
昇する。従って、温熱性発汗有無判断部２９では、湿度
センサ７３から検出される相対湿度ＲＨが閾値ｄを越え
たか否かによって温熱性発汗の有無を判定することがで
きる。

【００２７】なお、図７の（Ｃ）の様に、このタイプの
ものとしては、二つの湿度センサ７３ａ，７３ｂと一つ
の温度センサ７５とを空洞７１内に配設して、高精度の
湿度変化型発汗センサ２７ｅとすることもできる。

【００２８】本実施例においては、その他、種々のタイ
プの発汗センサを採用することができるが、次に、居眠
り防止システム１における覚醒度低下検出装置３におけ
る作動フローチャートを説明する。

【００２９】覚醒度低下検出装置３においては、図８に
示す様に、各電極１７，１９から皮膚電位を検出し（Ｓ
１）、これから皮膚電位差演算部２１にて皮膚電位差を
演算する（Ｓ２）。続いて覚醒度低下判断部２３におい
てこの皮膚電位差が覚醒度が低下した状態のものである
か否かを判断する（Ｓ３）。

【００３０】覚醒度が低下した状態であると判断された
場合は、温熱性発汗有無判断部２９において温熱性発汗
が生じていると判断されたか否かを確認する（Ｓ４）。
この確認において、温熱性発汗が生じていないとされた
場合は、覚醒度低下判断部２３において覚醒度低下の状
態であると決定し（Ｓ５）、送信部２５を介して覚醒度
低下を表す信号を送出する（Ｓ６）。

【００３１】一方、Ｓ３の処理において、検出されてい
る皮膚電位差は覚醒度が低下した状態のものではないと
判断された場合、およびＳ４の処理において温熱性発汗
が生じていると確認された場合は、覚醒度低下判断部２
３における判断を禁止する（Ｓ７）。

【００３２】この結果、本実施例の居眠り防止システム
１では、温熱性発汗が生じている場合は覚醒度が低下し
たか否かの判断をしないから、温熱性発汗を覚醒度低下
と誤認してクーラ５を作動させることがない。

【００３３】以上本発明の実施例を説明したが、本発明
は何らこれに限定されず、その要旨を逸脱しない範囲の
種々なる態様を採用できる。実施例では、発汗が生じて
いる場合に覚醒度の低下判断を禁止しているが、皮膚電
位の入力処理を禁止してもよく、また覚醒度の低下判断
は行うが、覚醒度低下時の信号出力のみを禁止してもよ
い。

【００３４】また、実施例では、居眠り防止システムに
組み込んで被験者の覚醒度を判断して処理を行う際の誤
判断・誤動作の防止に役立てたが、皮膚電位は、覚醒度
に限らず、人の健康状態や心理状態あるいは人体諸器官
の活動状態等を検査したり、それに応じた対応をしたり
する際にも検出されており、こうしたシステムに組み入
れても構わない。

【００３５】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の皮膚電位検
出装置によれば、温熱性発汗が生じている場合は被測定
者の状態の判定を直接または間接に禁止する構成を採用
したことにより、温熱性発汗によって被測定者の覚醒度
等の状態を表す皮膚電位がこれら覚醒度等と無関係な値
となってしまうことによる後処理での誤判断や誤動作を
的確に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 居眠り防止システムに適用した実施例の構成
を示すブロック図である。

【図２】 実施例の覚醒度低下検出装置の外形形状を示
す斜視図である。

【図３】 発汗センサの一例としてのサーミスタ型発汗
センサについて構成と原理とを示す説明図である。

【図４】 発汗センサの一例としての皮膚インピーダン
ス型発汗センサについて構成と原理とを示す説明図であ
る。

【図５】 皮膚インピーダンス型発汗センサを用いた覚
醒度低下検出装置の構成例を示すブロック図である。

【図６】 発汗センサの一例としての輻射温度型発汗セ
ンサについて構成と原理とを示す説明図である。

【図７】 発汗センサの一例としての湿度変化型発汗セ
ンサについて構成と原理とを示す説明図である。

【図８】 実施例での覚醒度低下検出装置における作動
フローチャートである。

【図９】 温熱性発汗と皮膚電位差との関係を示す説明
図である。

【符号の説明】

３・・・覚醒度低下検出装置、７・・・居眠り防止装
置、１１・・・検出部本体、１７・・・基準電極、１９
・・・活動電極、２１・・・皮膚電位差演算部、２３・
・・覚醒度低下判断部、２５・・・送信部、２７，２７
ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅ・・・発汗セン
サ、２９・・・温熱性発汗有無判断部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−49134（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−124401（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−259645（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−26046（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−246925（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−139539（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−5530（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−182545（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−65007（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭50−130194（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭63−52349（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭55−29702（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 5/04 A61B 5/05 - 5/053 A61B 5/18 B60K 28/06 G08B 21/06 G08G 1/16

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 皮膚に電気的に接触して、身体の２部位
   の皮膚電位を検出する皮膚電位検出手段と、 前記皮膚電位検出手段によって検出される２部位の皮膚
   電位の電位差に基づいて、被測定者の状態を判定する判
   定手段と、 皮膚の温熱性発汗の状態を検出する温熱性発汗検出手段
   と、 該温熱性発汗検出手段の検出結果が、皮膚に温熱性発汗
   が生じている状態に対応する場合は、前記判定手段によ
   る被測定者の状態の判定を直接または間接に禁止する禁
   止手段とを備える皮膚電位検出装置。
2. 【請求項２】 前記温熱性発汗検出手段は、皮膚からの
   発汗を検出する発汗センサと、前記発汗センサからの検
   出値に基づいて、温熱性発汗が生じている状態であるか
   否かを判定する判定部とを有することを特徴とする請求
   項１記載の皮膚電位検出装置。