JP6557582B2 - 人体電位検出装置、眼鏡型電子機器、人体電位検出方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、人体の皮膚に接触してその電位を検出する人体電位検出装置、眼鏡型電子機器、人体電位検出方法およびプログラムに関するものである。

人体の精神活動状態を示すパラメータとして、皮膚電気活動（Electro Dermal Activity）がある。
このような人体の皮膚電気活動を人体の皮膚の電位を検出することで把握し、これらを使って様々な処理を行いたいという要請がある。
このようなパラメータとして、例えば顔面の眼球の周辺の複数の位置に電極を接触させて眼電位を検出し、それを基に様々な情報を得る場合がある。
ところで、人体は大きなノイズ源であり、皮膚から取得した電位には、人体に起因するノイズ成分が含まれる。このようなノイズ成分が含まれると、人体の皮膚の電位を基に高精度な人体の状態を特定できない。
そのため、このようなノイズ成分を除去するために、皮膚の複数の部位から得られた電位の差分をとることで、当該複数の部位に生じる同相のノイズ成分を除去する方法がある。当該方法は、複数の部位における電極との接触状態が均一であり、複数の電極の電位のレベルが同じであれば効果がある。

ところで、人体の皮膚と電極との接触状態によって接触抵抗が異なることから、各電極の電位レベル（振幅）は、当該電極と皮膚との接触状態によって大きく異なる。
そのため、上述したように複数の電極の電位の差分をそのままとると、各電極の電位レベル相異に起因して、その差分は、ノイズレベルが増幅されたものになり、高精度な皮膚電位が得られないという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、人体の皮膚の電位を高精度に検出できる人体電位検出装置、眼鏡型電子機器、人体電位検出方法およびプログラムを提供することを目的とする。

上述した従来技術の問題を解決し、上述した目的を達成するために、本発明の人体電位検出装置は、鼻背の両側面の左右対称位置の第１の眼電位および第２の眼電位をそれぞれ検出する眼電位検出手段と、前記眼電位検出手段が検出した前記第１の眼電位および前記第２の眼電位の分散レベルをノイズレベルとしてそれぞれ検出するノイズレベル検出手段と、前記第１の眼電位の前記ノイズレベルと前記第２の眼電位の前記ノイズレベルとが同じになるように、前記第１の眼電位および前記第２の眼電位のレベルを調整するレベル調整手段と、前記レベル調整手段でレベルを調整した後の前記第１の眼電位と前記第２の眼電位との差分電位を生成する差分手段とを有する。

この構成によれば、鼻背の両側面の左右対称位置の第１の眼電位と第２の眼電位との差分電位は、ノイズ成分が効果的に除去されたものになる。

本発明の人体電位検出装置は、鼻背の両側面の左右対称位置の第１の眼電位および第２の眼電位、並びに、鼻根または眉間の第３の眼電位をそれぞれ検出する眼電位検出手段と、前記眼電位検出手段が検出した前記第１の眼電位、前記第２の眼電位及び前記第３の眼電位の分散レベルをノイズレベルとしてそれぞれ検出するノイズレベル検出手段と、前記第１の眼電位のノイズレベルと前記第３の眼電位の前記ノイズレベルとが同じになるように前記第１の眼電位および前記第３の眼電位のレベルを調整し、前記第２の眼電位のノイズレベルと前記第３の眼電位の前記ノイズレベルとが同じになるように前記第２の眼電位および前記第３の眼電位のレベルを調整するレベル調整手段と、前記レベル調整手段でレベルを調整した後の前記第１の眼電位と前記第３の眼電位との第１の差分電位を生成し、レベルを調整した後の前記第２の眼電位と前記３の眼電位との第２の差分電位を生成する差分手段とを有する。

この構成によれば、前記第１の眼電位と前記第３の眼電位との第１の差分電位、並びに前記第２の眼電位と前記３の眼電位との第２の差分電位は、ノイズ成分が効果的に除去されたものになる。

本発明の眼鏡型電子機器は、上述したいずれかに記載の人体電位検出装置を備えている。
この構成によれば、眼鏡型電子機器において、上述した本発明の人体電位検出装置の作用・効果を得ることができる。

本発明の人体電位検出方法は、鼻背の両側面の左右対称位置の第１の眼電位および第２の眼電位をそれぞれ入力する工程と、入力した前記第１の眼電位および前記第２の眼電位の分散レベルをノイズレベルとしてそれぞれ検出する工程と、前記第１の眼電位の前記ノイズレベルと前記第２の眼電位の前記ノイズレベルとが同じになるように、前記第１の眼電位および前記第２の眼電位のレベルを調整する工程と、レベルを調整した後の前記第１の眼電位と前記第２の眼電位との差分電位を生成する工程とを有する。

本発明の人体電位検出方法は、鼻背の両側面の左右対称位置の第１の眼電位および第２の眼電位、並びに、鼻根または眉間の第３の眼電位をそれぞれ入力する工程と、入力した前記第１の眼電位、前記第２の眼電位及び前記第３の眼電位の分散レベルをノイズレベルとしてそれぞれ検出する工程と、前記第１の眼電位のノイズレベルと前記第３の眼電位の前記ノイズレベルとが同じになるように前記第１の眼電位および前記第３の眼電位のレベルを調整し、前記第２の眼電位のノイズレベルと前記第３の眼電位の前記ノイズレベルとが同じになるように前記第２の眼電位および前記第３の眼電位のレベルを調整する工程と、レベルを調整した後の前記第１の眼電位と前記第３の眼電位との第１の差分電位を生成し、レベルを調整した後の前記第２の眼電位と前記３の眼電位との第２の差分電位を生成する工程とを有する。

本発明のプログラムは、上記人体電位検出方法をコンピュータに実行させる。

本発明によれば、人体の皮膚の電位を高精度に検出できる人体電位検出装置、眼鏡型電子機器、人体電位検出方法およびプログラムを提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る眼鏡の外観斜視図である。 図２は、図１に示す眼鏡の機能ブロック図である。 図３は、図２に示す処理部の機能ブロック図である。 図４は、本発明の実施形態に係る眼鏡の動作を説明するためのフローチャートである。

人体の皮膚の複数の箇所に電極をさせて当該箇所の電位を検出する場合に、その電位は、電極と皮膚との接触状態に応じたレベル（振幅）となる。本発明者は、皮膚に接触した電極の電位と、それに含まれる人体のノイズ成分のレベルとは比例し、且つ同相であることから、当該複数の電極の電位レベルを検出し、それを基に当該電位のレベル調整を行い、その後、これらの差分をとることで、ノイズ成分を効果的に除去（キャンセル）できることを見出した。

本実施形態では、人体の複数の部位の電位を取得する電極として、眼球の周りに配置された右鼻電極、左鼻電極および眉間電極を用いた場合を例示する。
以下、本発明の実施形態に係る眼鏡１について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る眼鏡１の外観斜視図である。図２は、図１に示す眼鏡１の機能ブロック図である。

図１に示すように、眼鏡１は、例えば、使用者に耳に掛けられるテンプル１１，１３と、レンズ２１，２３が固定されるリム３１，３３と、リム３１，３３の間に介在するブリッジ３５と、鼻パッド４１，４３とを有する。リム３１，３３の先端はモダン３７，３９と呼ばれる。また、テンプル１１，１３とリム３１，３３との間には丁番４５，４７が設けられている。

テンプル１１，１３、リム３１，３３、リム３１，３３の間に介在するブリッジ３５、鼻パッド４１，４３、モダン３７，３９及び丁番４５，４７とが、本発明の眼鏡型フレームの一例である。

図２に示すように、鼻パッド４１，４３の間には、収容ボックス５１が設けられている。
また、テンプル１１のモダン３７側には、収容ボックス５３が固定されている。

鼻パッド４１の表面には右鼻電極６１が設けられ、鼻パッド４３の表面には左鼻電極６３が設けられる。
右鼻電極６１は、使用者が眼鏡１を装着した状態で使用者の鼻筋の右側面に接触し（押し付けられ）、当該接触した皮膚の電位である眼電位を検出する。
左鼻電極６３は、使用者が眼鏡１を装着した状態で使用者の鼻筋の左側面に接触し、当該接触した皮膚の電位である眼電位を検出する。
右鼻電極６１と左鼻電極６３とは、眼鏡１の使用時の使用者の鼻を正面から見たときの左右対称の位置に配置されている。

収容ボックス５１には、使用者が眼鏡１を装着した状態で使用者の鼻根または眉間に接触し、当該接触した皮膚の電位を検出する眉間電極６５が設けられている。

右鼻電極６１、左鼻電極６３および眉間電極６５は、例えば、ステンレスまたはチタンで形成される。
右鼻電極６１、左鼻電極６３および眉間電極６５は、接触対象の人体部位の形状に適した形状で形成されている。

収容ボックス５３は、内部に収容空間を有し、当該収容空間内に加速度センサ７１、通信部７３、バッテリー７５および処理部７７が収容されている。
収容ボックス５１と収容ボックス５３とは、プリント基板等の配線で電気的に接続されている。

加速度センサ７１は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸の加速度センサであり、各軸の検出した加速度を処理部７７に出力する。

通信部７３は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）や無線ＬＡＮ等の無線通信であり、右鼻電極６１、左鼻電極６３および眉間電極６５から入力した眼電位や、加速度センサ７１から入力した加速度等を、外部装置に送信することができる。高い処理能力及びメモリ容量を用いた高機能な処理を実現できる。

処理部７７は、右鼻電極６１、左鼻電極６３および眉間電極６５から入力した眼電位、並びに加速度センサ７１から入力した加速度を基に、使用者に関する情報を生成する。
右鼻電極６１、左鼻電極６３および眉間電極６５から入力した眼電位（皮膚電位）、並びに加速度センサ７１から入力した加速度は、使用者の発汗現象や動きに応じた電位であり、使用者の体調や、精神状態を反映したものである。そのため、眼電位および加速度と、使用者の体調や精神状態とを予め対応付け参照データを用意することで、処理回路７７において、入力した使用者の眼電位および加速度と、上記参照データとを比較することで、使用者の体調や精神状態を検出できる。

眼球は、角膜側が正に帯電しており、網膜側が負に帯電している。したがって、視線が上に移動した場合、眉間電極６５の眼電位を基準とした右鼻電極６１の眼電位と、眉間電極６５を基準とした左鼻電極６３の眼電位が負となる。
一方、視線が下に移動した場合、眉間電極６５の眼電位を基準とした右鼻電極６１の眼電位と、眉間電極６５の眼電位を基準とした左鼻電極６３の眼電位が正となる。

視線が右に移動した場合、眉間電極６５を基準とした右鼻電極６１の眼電位が負となり、眉間電極６５を基準とした左鼻電極６３の眼電位が正となる。
視線が左に移動した場合、眉間電極６５を基準とした右鼻電極６１の眼電位が正となり、眉間電極６５を基準とした左鼻電極６３の眼電位が負となる。

なお、眉間電極６５の眼電位を基準とした右鼻電極６１の眼電位を検出する代わりに、基準電極を基準とした右鼻電極６１の眼電位から、基準電極を基準とした眉間電極６５の眼電位を減じてもよい。そして同様に、眉間電極６５の眼電位を基準とした左鼻電極６３の眼電位を検出する代わりに、基準電極を基準とした左鼻電極６３の眼電位から、基準電極を基準とした眉間電極６５の電位を減じてもよい。基準電極としては、接地電極を用いてよい。

このように、基準電極の基準電位に対して右鼻電極６１および左鼻電極６３の眼電位が正の場合には視線が上を向いたことを検出できる。また、負の場合には視線が下を向いたことを検出できる。
さらに、右鼻電極６１からの眼電位が負、左鼻電極６３からの眼電位が正である場合には視線が右、右鼻電極６１からの眼電位が正、左鼻電極６３からの眼電位が負である場合は視線が左に向いたことを検出できる。

上述した右鼻電極６１、左鼻電極６３および眉間電極６５と皮膚との間の接触状態は相互に異なることが多く、その場合に接触抵抗も異なる。そのため、右鼻電極６１、左鼻電極６３および眉間電極６５の眼電位に含まれるノイズ成分のレベルは相互に異なる。
眼鏡１では、以下の構成により、これらのノイズ成分の影響をキャンセルする。

図３は、図２に示す処理部７７のノイズ除去に関する処理の機能ブロック図である。
図３に示すように、処理部７７は、例えば、ノイズレベル検出部９１、レベル調整部９３、差分検出部９５および人体特性検出部９７を有する。

処理部７７の各部の機能は、処理回路（コンピュータ）でプログラムを実行して実現してもよし、少なくとも一部の機能をハードウェアで実現してもよい。

ノイズレベル検出部９１は、右鼻電極６１からの右眼電位、左鼻電極６３からの左眼電位および眉間電極６５からの眉間電位のノイズレベル（分散レベル）をそれぞれ検出する。
レベル調整部９３は、ノイズレベル検出部９１で検出したノイズレベルを基に、上記右眼電位、上記左眼電位および上記眉間電位に含まれるノイズのレベルが相互に同じになるように、上記右眼電位、上記左眼電位および上記眉間電位のレベル（ゲイン）を調整する。これにより、右眼電位と左眼電位に含まれる人体のノイズ成分のレベルが同じになる。
なお、本発明および実施形態において、レベルが同じになるとは、レベルが完全に同一の場合の他、多少の相違はあっても処理要求精度を満たす範囲において問題がない場合をも含む概念である。
なお、眼電位のレベルとそれに含まれるノイズレベルとは比例するため、ノイズレベル検出部９１は、眼電位のレベルを検出することで、実質的にノイズレベルを検出するようにしてもよい。

差分検出部９５は、レベル調整部９３でレベル調整した後の右眼電位と左眼電位との差分電位を検出用眼電位として生成する。
その他、差分検出部９５は、レベル調整部９３でレベル調整した後の右眼電位と眉間電位との第１の差分電位と、左眼電位と眉間電位との第２の差分電位とを検出用眼電位として生成してもよい。当該検出用眼電位では、ノイズ成分が効果的に除去されている。

人体特性検出部９７は、差分検出部９５で検出した検出用眼電位を基に、人体の様々な状態を判断する。人体の様々な状態には、視線や瞬目等がある。

以下、本発明の実施形態の眼鏡１の作用を説明する。
図４は、本発明の実施形態に係る眼鏡１の瞬目検出の動作を説明するためのフローチャートである。
先ず、使用者が眼鏡１を装着し、使用者の鼻筋の右側面に右鼻電極６１が接触し、左側面に左鼻電極６３が接触する。また、使用者の眉間に眉間電極６５が接触する。
これにより、右鼻電極６１、左鼻電極６３および眉間電極６５が、それぞれ使用者の右鼻側面の皮膚の電位（右眼電位）、左鼻側面の皮膚の電位（左眼電位）および眉間の皮膚の電位（眉間電位）となる。
そして、これらの右眼電位、左眼電位および眉間眼電位が処理部７７に出力（伝達）される。

ステップＳＴ１１：
処理部７７は、右鼻電極６１、左鼻電極６３および眉間電極６５から、それぞれ右眼電位、左眼電位および眉間眼電位を入力したと判断すると、ステップＳＴ１２に進む。

ステップＳＴ１２：
ノイズレベル検出部９１は、右鼻電極６１からの右眼電位、左鼻電極６３からの左眼電位および眉間電極６５からの眉間電位のノイズレベル（分散レベル）をそれぞれ検出する。

ステップＳＴ１３：
レベル調整部９３は、ノイズレベル検出部９１で検出したノイズレベルを基に、上記右眼電位、上記左眼電位および上記眉間電位に含まれるノイズのレベルが相互に同じになるように、上記右眼電位、上記左眼電位および上記眉間電位のレベル（ゲイン）を調整する。これにより、右眼電位と左眼電位に含まれる人体のノイズ成分のレベルが同じになる。

ステップＳＴ１４：
差分検出部９５は、レベル調整部９３でレベル調整した後の右眼電位と左眼電位との差分電位を検出用眼電位として生成する。当該検出用眼電位では、ノイズ成分が効果的に除去されている。すなわち、ステップＳＴ１３において、右眼電位および左眼電位に含まれるノイズ成分が同じになるように調整され、且つこれらは同相であるため、右眼電位と左眼電位との差分電位では、ノイズ成分が除去されている。

ステップＳＴ１５：
人体特性検出部９７は、差分検出部９５で検出した検出用眼電位を基に、人体の様々な状態を判断する。人体の様々な状態には、視線や瞬目等がある。上述したように、検出用眼電位は、ノイズが除去されたものであるため、これを基に高精度な判定ができる。

以上説明したように、眼鏡１によれば、図６に示すアルゴリズムで使用者の皮膚の電位を検出することで、ノイズ成分を除去した高精度な電位を得ることができる。これにより、眼鏡１によれば人体の状態を正確に判断できる。

眼鏡１によれば、小規模且つ安価な構成で人体特性検出装置２を実現できる。
また、眼鏡１によれば、収容ボックス５３内に加速度センサ７１、通信部７３、バッテリー７５および処理部７７を収容するため、優れたデザイン性を有すると共に、日常で違和感なく装着できる。

また、眼鏡１によれば、収容ボックス５３内の通信部７３を介して携帯型通信装置等の外部装置に各信号（データ）送信することで、外部装置の高い処理能力及びメモリ容量を用いた高機能な処理を実現できる。

本発明は上述した実施形態には限定されない。
すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。

上述した実施形態では、人体の電位として、眼球の周辺の複数の電位を検出する場合を例示したが、眼球の周辺以外の人体の複数の部位の電位を電極で検出する場合にも本発明は適用可能である。
例えば、右鼻電極６１および左鼻電極６３の代わりに、鼻背に接触する電極を設けてもよい。また、眉間電極６５の代わりに、鼻根に接触する電極を設けてもよい。

また、上述した実施形態では、本発明をレンズ２１，２３を備えた眼鏡１に適用した場合を例示したが、レンズが無いアイウェア等に適用してもよい。

本発明は、人体の部位の電位を検出する人体電位検出装置に使用可能である。

１…眼鏡
１１,１３…テンプル
２１，２３…レンズ
３１，３３…リム
３７，３９…モダン
３５…ブリッジ
４５，４７…丁番
５１，５３…収容ボックス
６１…右鼻電極
６３…左鼻電極
６５…眉間電極
７１…加速度センサ
７３…通信部
７５…バッテリー
７７…処理部
９１…ノイズレベル検出部
９３…レベル調整部
９５…差分検出部
９７…人体特性検出部

Claims (6)

1. 鼻背の両側面の左右対称位置の第１の眼電位および第２の眼電位をそれぞれ検出する眼電位検出手段と、
   前記眼電位検出手段が検出した前記第１の眼電位および前記第２の眼電位の分散レベルをノイズレベルとしてそれぞれ検出するノイズレベル検出手段と、
   前記第１の眼電位の前記ノイズレベルと前記第２の眼電位の前記ノイズレベルとが同じになるように、前記第１の眼電位および前記第２の眼電位のレベルを調整するレベル調整手段と、
   前記レベル調整手段でレベルを調整した後の前記第１の眼電位と前記第２の眼電位との差分電位を生成する差分手段と
   を有する人体電位検出装置。
2. 鼻背の両側面の左右対称位置の第１の眼電位および第２の眼電位、並びに、鼻根または眉間の第３の眼電位をそれぞれ検出する眼電位検出手段と、
   前記眼電位検出手段が検出した前記第１の眼電位、前記第２の眼電位及び前記第３の眼電位の分散レベルをノイズレベルとしてそれぞれ検出するノイズレベル検出手段と、
   前記第１の眼電位のノイズレベルと前記第３の眼電位の前記ノイズレベルとが同じになるように前記第１の眼電位および前記第３の眼電位のレベルを調整し、前記第２の眼電位のノイズレベルと前記第３の眼電位の前記ノイズレベルとが同じになるように前記第２の眼電位および前記第３の眼電位のレベルを調整するレベル調整手段と、
   前記レベル調整手段でレベルを調整した後の前記第１の眼電位と前記第３の眼電位との第１の差分電位を生成し、レベルを調整した後の前記第２の眼電位と前記３の眼電位との第２の差分電位を生成する差分手段と
   を有する人体電位検出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の人体電位検出装置を備えた眼鏡型電子機器。
4. 鼻背の両側面の左右対称位置の第１の眼電位および第２の眼電位をそれぞれ入力する工程と、
   入力した前記第１の眼電位および前記第２の眼電位の分散レベルをノイズレベルとしてそれぞれ検出する工程と、
   前記第１の眼電位の前記ノイズレベルと前記第２の眼電位の前記ノイズレベルとが同じになるように、前記第１の眼電位および前記第２の眼電位のレベルを調整する工程と、
   レベルを調整した後の前記第１の眼電位と前記第２の眼電位との差分電位を生成する工程と
   を有する人体電位検出方法。
5. 鼻背の両側面の左右対称位置の第１の眼電位および第２の眼電位、並びに、鼻根または眉間の第３の眼電位をそれぞれ入力する工程と、
   入力した前記第１の眼電位、前記第２の眼電位及び前記第３の眼電位の分散レベルをノイズレベルとしてそれぞれ検出する工程と、
   前記第１の眼電位のノイズレベルと前記第３の眼電位の前記ノイズレベルとが同じになるように前記第１の眼電位および前記第３の眼電位のレベルを調整し、前記第２の眼電位のノイズレベルと前記第３の眼電位の前記ノイズレベルとが同じになるように前記第２の眼電位および前記第３の眼電位のレベルを調整する工程と、
   レベルを調整した後の前記第１の眼電位と前記第３の眼電位との第１の差分電位を生成し、レベルを調整した後の前記第２の眼電位と前記３の眼電位との第２の差分電位を生成する工程と
   を有する人体電位検出方法。
6. 請求項４または請求項５に記載の人体電位検出方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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