JP3908583B2 - 眠気度検出装置及びそれと連動した覚醒装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の運転者や工場の安全監視員などの実務中の眠気度を検出し、覚醒させることによって、交通事故や産業事故の防止などに寄与する眠気度検出装置及びそれと連動した覚醒装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、車両運転者用に提案されている眠気度センサは、(1)運転者の顔の画像をカメラで検出し、その眼瞼の動きで判定するもの、(2)心拍や脈拍をモニタするもの、(3)手の手首と小指間の皮膚の電気抵抗変化をモニタするものなど様々な試みが報告されているが、上記したものは、いずれも課題が多いため実用化には至っていない。
【0003】
すなわち、(1)画像モニタ法は、昼間と夜間など光量が急変すると画像認識が困難であること、(2)心拍や脈拍モニタ法は、経験豊富な運転者の平静状態と眠気の区別がつきにくいこと、(3)皮膚電気抵抗変化モニタ法は科学的根拠がなく皮膚の湿度によっては判定が困難であることなどの課題がある。
【0004】
これに対して、本発明者は既に、個人差によらず眼瞼の閉瞼時間が0.5秒以上であれば重度の眠気度であることを利用した眠気度センサを発明した(登録2009287)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した眠気度センサは眼瞼に微小な磁石を貼り付けて眼瞼と同時に動く磁石の磁界をメガネフレームに固定した磁界センサで検出するものであり、磁石の貼り付けという実際上の制限があった。
【0006】
さらに、眠気度を検出・判定した後、覚醒させる従来の方法としては、電子音警報、レモン等の刺激臭発生などが提案されているが、いずれも感覚器の外部からの刺激法であって生理的覚醒に時間がかかり、またすぐに眠気が深まることや有効性の個人差が大きいため、まだ実用化されていない。
【0007】
本発明は、上記状況に鑑みて、迅速、かつ的確であり実用性が高い眠気度検出装置及びそれと連動した覚醒装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕眠気度検出・覚醒装置において、メガネフレームのつる部の、利用者のコメカミ近傍に対応する位置に取り付けた高感度応力センサと、この高感度応力センサからの情報によって人の眼瞼の瞬き動作を検出し、この検出された情報に基づいて人の眠気度を判定するマイクロコンピュータと、このマイクロコンピュータからの眠気度信号に基づいて駆動されるミリガウス超低周波交流磁界発生器を備え、このミリガウス超低周波交流磁界発生器から発生する磁界を利用者の脳に印加することを特徴とする。
【0009】
〔2〕上記〔1〕記載の眠気度検出・覚醒装置において、前記ミリガウス超低周波交流磁界を発生させるコイル及び駆動回路を利用者の脳の近傍に配置することを特徴とする。
【0010】
〔3〕上記〔2〕記載の眠気度検出・覚醒装置において、前記ミリガウス超低周波交流磁界を発生させるコイル及び駆動回路を利用者のコメカミ部の近傍に配置することを特徴とする。
【0011】
すなわち、本発明は、本発明者が既に発明した超高感度応力センサ(応力インピーダンス効果素子、特開平10−170355)を実用的に発展させてメガネフレームに固定し、センサヘッドが運転者の頭部のコメカミ近傍に押し当てられる構成として、眼瞼に磁石を貼ることなしに眼瞼の動きを検出し、マイクロコンピュータで眠気度を判定するように構成した。
【0012】
さらに、本発明は、従来の覚醒法とは全く異なる原理で、ミリガウスの大きさの微小交流磁界を印加して生体内の水分子や生命イオンなどを活性化させて覚醒させるように構成した。この新しい覚醒法は、本発明者が既に発明した「微小パルス磁界発生装置及びそれを用いた血行促進・免疫力増強・組織再生システム」(特願2001−286611)を基礎に、覚醒実験によって発明したものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。
【0014】
図4は本発明に係る高感度応力検出装置とその回路図、図5はその高感度応力検出装置の応力による電圧振幅変化の周波数特性図(その1)である。
【0015】
図4において、11は負磁歪のCo72.5Si12.5B15アモルファスワイヤ(直径30μm、長さ20mm、回転水中超急冷法で作製した直径130μmのアモルファスワイヤを線引きした後、4kg/mm2 の張力を与えた状態で、475℃、2分の加熱後、室温へ急冷させたアモルファスワイヤ、磁歪=−3×10-6)であり、このアモルファスワイヤ11に正弦波交流電源12を接続する。なお、13は交流電流の振幅を一定に保つ内部抵抗である。
【0016】
図5は、そのアモルファスワイヤ11に張力を印加し、正弦波交流電源12より、周波数f、振幅15mAの正弦波交流電流を通電させた時のアモルファスワイヤ両端間の電圧の振幅Emの測定結果である。
【0017】
この図から明らかなように、アモルファスワイヤ11に約6kg/mm2 〔60MPa(メガパスカル)〕の張力Fを印加すると、周波数fが50kHzから1MHzの周波数範囲でアモルファスワイヤ11の両端間電圧の振幅Emは上昇し、1MHzから約20MHzの範囲では減少した。50kHz以上ではアモルファスワイヤ11の両端間電圧の振幅Emは周波数fの増加とともに増加しており、アモルファスワイヤ11に表皮効果が現れていることが分かる。
【0018】
図6は上記した高感度応力検出装置のf=400kHzおよび20MHzにおける応力による電圧振幅変化(その2)を示す図である。
【0019】
この実施例では、図5で用いたCoSiBアモルファスワイヤ及び正磁歪をもつ〔(Fe0.5 Co0.5 )72.5Si12.5B15、直径30μm、長さ20mm、磁歪=5×10-6〕アモルファスワイヤに400kHz及び20MHz、振幅20mAの正弦波電流を通電し、引っ張り荷重Wを印加した場合のワイヤ両端間電圧の振幅Emの変化率を測定した結果である。
【0020】
f=20MHzの場合、CoSiBワイヤでは、1gの荷重(13MPaの張力)で、上記ワイヤ両端間電圧の振幅Emが20%減少している。CoSiBアモルファスワイヤは最大抗張力306MPa,最大歪み(伸び率)3.4%であるので、その歪みゲージ率(電磁気量の変化率/伸び率)は1286となる。これは従来の最高感度をもつ半導体歪みゲージのゲージ率約200の約6.5倍の極めて高い値である。また、20μm径のCoSiBアモルファスワイヤではゲージ率は4000となった。FeCoSiBワイヤでも、ゲージ率は約400であり、張力アニールを施した細いアモルファスワイヤは、著しく高いゲージ率を示すことが分かる。
【0021】
図7は本発明に係る高感度応力検出装置の構成図であり、図8にその高感度応力検出装置(応力センサ)の応力検出の結果を示している。
【0022】
アモルファスワイヤ21の誘起パルス電圧は、ショットキーバリアダイオードSBD23をバッファとして、RCピークホールド回路24で直流電圧E−outに出力電圧として変換している。因みに、ICチップ20は74AC04、Rは20KΩ、Cは100pF、RL は10Ω、CH は1000pF、RH は510kΩである。
【0023】
発振周波数14.35MHz、パルス幅14ns(ナノ秒)、パルス電流高さ30mAとした場合、荷重1gで出力電圧Eoutは15%減少しており、この応力センサのゲージ率は約960であり、半導体ストレインゲージのゲージ率200の約5倍近い値である。FeCoSiBワイヤをヘッドとした場合は、ゲージ率は約170程度であるが、応力検出特性は高い線形性を示し、ダイナミックレンジは6g(82MPa)と広くなっている。
【0024】
以下、本発明の特徴について説明する。
【0025】
図1は本発明の実施例を示す車両運転者用居眠り検知・覚醒システムの構成例を示す図、図2はその車両運転者用居眠り検知・覚醒システムのブロック図である。
【0026】
これらの図において、1は応力インピーダンス効果センサヘッド、2はセンサ電子回路・マイクロコンピュータ(8ビットマイクロコンピュータ)、3は電池、3Aは発光ダイオード、4は運転シートの枕9の中に配置される覚醒用のミリガウス超低周波発生器、5はそのミリガウスパルス発生コイル、6はCMOSマルチバイブレータ、6Dは発光ダイオード3Aの光を受けてこれを受信してCMOSマルチバイブレータ6を駆動するスイッチ、7は運転者Aのメガネフレームのつる部、8は車両のハンドル、9は運転シートの枕である。
【0027】
そこで、運転者Aのメガネフレームのつる部7に高密度実装形または集積回路形のアモルファス磁歪ワイヤ応力インピーダンス効果センサヘッド1を固定する。このヘッド1は直径20ミクロンのCoSiB負磁歪アモルファスワイヤを表面に張り渡した直径15ミリの円筒型センサヘッドであり、そのヘッド1を運転者Aの頭部コメカミ近傍に軽く押し当てる。
【0028】
そこで、瞬きにおける眼筋収縮による皮膚の変形応力を応力インピーダンス効果センサヘッド1で検知し、瞬き波形を運転者Aのメガネフレームのつる部7に固定したマイクロコンピュータ2に入力して、そのマイクロコンピュータ2の情報処理により、閉瞼時間が0.4秒以上になれば重度眠気として判定する。
【0029】
応力インピーダンス効果センサヘッド1はCMOS回路でパルス動作であり、消費電力は5ミリワット程度である。また、マイクロコンピュータ2の演算は軽度であり、消費電力は20ミリワット程度である。したがって、電池3はボタン電池でよく、応力インピーダンス効果センサ1の検出動作を例えば5秒毎に2秒間動作させるような間歇動作方式にする。
【0030】
次に、本発明の実施例を示す覚醒装置について説明する。
【0031】
図3は本発明にかかる覚醒用のミリガウス超低周波発生器の構成を示す図である。
【0032】
この図において、4は覚醒用のミリガウス超低周波発生器、5はミリガウス超低周波交流磁界を発生させるコイル、6はミリガウス超低周波交流磁界を発生させるコイルの駆動回路としてのCMOSマルチバイブレータであり、この駆動回路6は、回路Aと回路Bとからなる。
【0033】
その回路A(パルス電圧発生回路)は、2個のCMOSインバータQ1 ,Q2 とRとCによる方形電圧発振回路(マルチバイブレータ)6Aと、その方形電圧発振回路(マルチバイブレータ)6Aからの発振電圧をパルス電圧に変換する微分回路(Rd ,Cd )6B、およびその微分回路6Bのパルス電圧を整形・増幅するCMOSインバータQ3 からなる。発振周波数fは、f=0.1/RC〔Hz〕であり、1〜10Hzを得るためには、R=50kΩ、C=5〜50μFを使用する。
【0034】
また、回路Bは、2個のCMOSインバータQ4 ,Q5 と3RとCによる方形波電圧発振回路(マルチバイブレータ)6Cと、その方形波電圧を整形・増幅するCMOSインバータQ6 からなる。発振周波数が0.5Hz程度の方形波発振回路であり、その正電圧半周期の出力電圧で、アナログスイッチAS6Dを閉じて回路Aのパルス電流をミリガウス超低周波交流磁界を発生させるコイル5に印加し、ミリガウスのパルス磁界を発生させる。
【0035】
すなわち、覚醒用のミリガウス超低周波発生器4は、マイクロコンピュータ2により眠気度信号が得られると駆動される発光ダイオード3Aの光によりスイッチ(光応動スイッチ)6Dがオンになり、CMOSマルチバイブレータ6を駆動して、直径12センチの100ターン巻きミリガウスパルス発生コイル5に5ミリアンペアの4ヘルツ電流を通電する。このように、CMOSマルチバイブレータ回路6により簡単に構成される。消費電力は1ミリワット程度であり、単4電池2個で多数回動作させることができる。
【0036】
覚醒の原理は革新的である。ミリガウスの交流磁界により、生体内の水分子クラスタおよび生命イオンが地磁気の中でサイクロトロン共振を発生し、プロトン交換の定在波ループが発生して、分子の自己組織化の核となり、生体の生命活動の活性化を増強的に促進して、休眠状態の脳を覚醒させるものである。
【0037】
このため、ミリガウス交流磁界発生コイル5の設置は、運転シートの枕9のほか、運転者(利用者)の帽子(図示なし)の中など脳の近傍がよい。
【0038】
なお、ミリガウス発生は応力インピーダンス効果センサ1と連動せず、例えば、5分ごとに10秒間発生させる方式でもよい。
【0039】
また、小形のミリガウスパルス発生コイルをメガネフレームのつる部に固定してコメカミ部に磁界を印加したり、メガネフレームのつる部に覚醒機能を有する超小型の音波発生装置や振動装置を実装するようにしてもよい。
【0040】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【0041】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【0042】
(A)迅速、かつ的確であり実用性が高い眠気度検出装置及びそれと連動した覚醒装置を提供することができる。
【0043】
(B)特に、超高感度応力センサを実用的に発展させてメガネフレームに固定し、センサヘッドが運転者の頭部のコメカミ近傍に押し当てられる構成としたため、眼瞼に磁石を貼ることなしに眼瞼の動きを検出し、マイクロコンピュータで眠気度を判定することができる。
【0044】
(C)さらに、従来の覚醒法とは全く異なる原理で、ミリガウスの大きさの微小交流磁界を印加して生体内の水分子や生命イオンなどを活性化させて覚醒させることができる。
【0045】
(D)例えば、車両の運転者等が居眠りで事故を起こす前に眠気度を検出し、覚醒させることができる。
【0046】
(E)メガネフレームに一体化して、眠気度検出・覚醒装置を実装するようにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例を示す車両運転者用居眠り検知・覚醒システムの模式図である。
【図2】 本発明の実施例を示す車両運転者用居眠り検知・覚醒システムのブロック図である。
【図3】 本発明にかかる覚醒用のミリガウス超低周波発生器の構成を示す図である。
【図4】 本発明に係る高感度応力検出装置とその回路図である。
【図5】 本発明に係る高感度応力検出装置の応力による電圧振幅変化の周波数特性図(その1)である。
【図6】 本発明に係る高感度応力検出装置の応力による電圧振幅変化(その2)を示す図である。
【図7】 本発明に係る高感度応力検出装置の構成図である。
【図8】 本発明に係る高感度応力検出装置(応力センサ)の応力検出の結果を示す図である。
【符号の説明】
1 応力インピーダンス効果センサヘッド
2 センサ電子回路・マイクロコンピュータ
3 電池
3A 発光ダイオード
4 覚醒用のミリガウス超低周波発生器
5 ミリガウスパルス発生コイル
6 CMOSマルチバイブレータ(駆動回路)
6A,6C 方形電圧発振回路(マルチバイブレータ)
6B 微分回路
6D スイッチ(アナログスイッチAS)
7 運転者のメガネフレームのつる部
8 車両のハンドル
9 運転シートの枕
11 負磁歪のCo72.5Si12.5B15アモルファスワイヤ
12 正弦波交流電源
13 内部抵抗
20 ICチップ
21 アモルファスワイヤ
23 ショットキーバリアダイオードSBD
24 RCピークホールド回路
Claims (3)
- (a)メガネフレームのつる部の、利用者のコメカミ近傍に対応する位置に取り付けた高感度応力センサと、
(b)該高感度応力センサからの情報によって人の眼瞼の瞬き動作を検出し、該検出された情報に基づいて人の眠気度を判定するマイクロコンピュータと、
(c)該マイクロコンピュータからの眠気度信号に基づいて駆動されるミリガウス超低周波交流磁界発生器を備え、該ミリガウス超低周波交流磁界発生器から発生する磁界を利用者の脳に印加することを特徴とする眠気度検出・覚醒装置。 - 請求項1記載の眠気度検出・覚醒装置において、前記ミリガウス超低周波交流磁界を発生させるコイル及び駆動回路を利用者の脳の近傍に配置することを特徴とする眠気度検出・覚醒装置。
- 請求項2記載の眠気度検出・覚醒装置において、前記ミリガウス超低周波交流磁界を発生させるコイル及び駆動回路を利用者のコメカミ部の近傍に配置することを特徴とする眠気度検出・覚醒装置。
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