JP7126196B2 - 汗検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、生体の汗、例えば車両の搭乗者における汗を検出する汗検出装置に関する。

近年、人の、例えば緊張の有無等の精神状態や、例えば体調の良否等の身体状態を検知するために、汗が注目されている。この汗を検知する方法の一つとして、皮膚抵抗の測定が有り、例えば特許文献１に開示されている。

この特許文献１に開示された皮膚抵抗測定装置は、人体の皮膚抵抗を測定する装置であって、第１および第２電極を有しており、人体が接触する接触面の表面が絶縁体で覆われている電極部と、周波数を変更可能に構成された高周波電源を有しており、前記高周波電源によって生成された交流電圧を前記第１電極に与える駆動回路と、前記第２電極と接続されており、前記第２電極の電流を検出し、検出した電流値を表す検出信号を出力する検出回路と、前記高周波電源から前記第１電極までの電気経路、または、前記第２電極から前記検出回路までの電気経路のいずれかに設けられた誘導素子と、前記高周波電源の周波数を変更制御するとともに、前記検出回路から前記検出信号を受ける制御部とを備え、前記制御部は、前記高周波電源の出力電圧と前記検出信号が示す電流値とを用いて、前記電極部に接触した人体のインピーダンスを求め、このインピーダンスと前記高周波電源の周波数との関係において、インピーダンスが極小となる周波数におけるインピーダンスの値を基にして、人体の皮膚抵抗を求める。

特開２０１６－２２０９６１号公報

ところで、前記特許文献１に開示された皮膚抵抗測定装置は、共振時のインピーダンスから皮膚抵抗を求め、皮膚電気活動（ＥＤＡ、ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｒｍａｌ ａｃｔｉｖｉｔｙ）に基づき汗を検知しようとするものであるが、第１および第２電極に亘って接触している手指の動きによって共振抵抗値が変動してしまうことがあり、精度良く汗を検知することが難しい。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、生体の汗をより精度良く検出できる汗検出装置を提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる汗検出装置は、主面を絶縁被覆した第１および第２電極と誘導素子とを含む検出回路を用いて生体の汗を検出する汗検出装置であって、液体の吸収量に応じて抵抗値を変える抵抗可変部材と、前記検出回路の共振抵抗値を測定する共振抵抗測定部と、前記共振抵抗測定部で測定された共振抵抗値に基づいて発汗量を判定する汗判定部とを備え、前記第１および第２電極は、前記主面を除く他の面で前記抵抗可変部材に接触しつつ前記抵抗可変部材を介して並置される。

このような汗検出装置における抵抗可変部材は、汗を吸収すると、その抵抗値が変化する。上記汗検出装置は、このような汗の吸収により抵抗値を変化させる前記抵抗可変部材を第１および第２電極間に備えるので、第１および第２電極に亘って接触している手指の動きにあまり影響されない、発汗の有無に応じた抵抗可変部材の抵抗値変化で、前記検出回路の共振抵抗値は、変化する。このため、上記汗検出装置は、前記検出回路の共振抵抗値を測定することで、発汗量、例えば発汗量０（発汗無し）と発汗量有り等の発汗の有無、をより精度良く検出できる。

他の一態様では、上述の汗検出装置において、前記検出回路は、共振周波数変化に対する共振抵抗変化を表す特性曲線を、前記抵抗可変部材の抵抗値に応じて互いに異なるように第１および第２特性曲線として２個を含み、前記汗判定部は、さらに、前記共振抵抗測定部で測定された共振抵抗値に基づいて、前記検出回路が動作している特性曲線を判定することによって、発汗量を判定する。

このような汗検出装置における抵抗可変部材は、所定の第１発汗量（相対的に少量の発汗）を吸収した場合における抵抗値と、前記第１発汗量より多い所定の第２発汗量（相対的に大量の発汗）を吸収した場合における抵抗値とが異なる。上記汗検出装置は、吸収した発汗量により抵抗値を変化させる前記抵抗可変部材を第１および第２電極間に備えるので、発汗量に応じて前記検出回路の前記特性曲線は、変化する。このため、上記汗検出装置は、前記共振抵抗測定部で測定された共振抵抗値に基づいて、前記検出回路が動作している特性曲線を判定することによって、例えば前記第１発汗量であるか前記第２発汗量であるかで、発汗量を判定できる。

他の一態様では、上述の汗検出装置において、前記汗判定部は、さらに、前記共振抵抗測定部で測定された共振抵抗値に基づいて、前記第１および第２特性曲線間の遷移時間または所定の時間での共振抵抗値の時間変化率を判定することによって、前記発汗量を判定する。

このような汗検出装置は、さらに、前記第１および第２特性曲線間の遷移時間または所定の時間での共振抵抗値の時間変化率も考慮するので、前記発汗量をより精度良く判定できる。

他の一態様では、これら上述の汗検出装置において、前記抵抗可変部材は、多孔質の樹脂部材である。

このような汗検出装置では、多孔質の樹脂部材で簡単に抵抗可変部材が実現できる。

他の一態様では、これら上述の汗検出装置において、車両用であって、前記生体は、車両に搭乗する搭乗者である。

このような汗検出装置は、搭乗者の汗を検出できる。

他の一態様では、これら上述の汗検出装置において、前記第１および第２電極は、前記搭乗者の手が触れる車両部位に配置される。

このような汗検出装置は、前記第１および第２電極が前記搭乗者の手の触れる車両部位に配置されるので、搭乗者に意識させることなく自然に、搭乗者の汗を検出できる。

本発明にかかる汗検出装置は、生体の汗をより精度良く検出できる。

実施形態における汗検出装置の構成を示す図である。 一例として、ステアリングハンドルに電極部を配設した場合を説明するための図である。 検出回路に流れる電流経路を説明するための図である。 共振周波数変化に対する共振抵抗変化を表す特性曲線を示す図である。 抵抗可変部材に水道水を吸収させたタイミングの前後における共振抵抗変化を示す図である。 実施形態における汗検出装置の動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の１または複数の実施形態が説明される。しかしながら、発明の範囲は、開示された実施形態に限定されない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

図１は、実施形態における汗検出装置の構成を示す図である。図１Ａは、主に、電極部周り部分を示す回路図であり、図１Ｂは、主に、前記電極部周り部分を除く他の部分のブロック図である。図２は、一例として、ステアリングハンドルに電極部を配設した場合を説明するための図である。図２Ａは、正面図であり、図２Ｂは、図２Ａに示すＩ－Ｉ断面線における断面図である。図３は、検出回路に流れる電流経路を説明するための図である。図３Ａは、発汗の無い場合における検出回路に流れる電流経路α１（α１－１、α１－２）を示し、図３Ｂは、相対的に少量の発汗があって前記少量の汗が抵抗可変部材に吸収された場合における検出回路に流れる電流経路α２を示し、図３Ｃは、相対的に大量の発汗があって前記大量の汗が抵抗可変部材に吸収された場合における検出回路に流れる電流経路α３を示す。図４は、共振周波数変化に対する共振抵抗変化を表す特性曲線を示す図である。図４において、破線は、抵抗可変部材に相対的に少量の汗が吸収されている場合（通常時、少量発汗時）における第１特性曲線β１を表し、実線は、抵抗可変部材に相対的に大量の汗が吸収されている場合（吸収時、大量発汗時）における第２特性曲線β２を表す。図４の横軸は、ＨＭｚで表す共振周波数ｆｒであり、その縦軸は、ｋΩで表す共振抵抗（最小インピーダンス）Ｚｍｉｎである。図５は、抵抗可変部材に水道水を吸収させたタイミングの前後における共振抵抗変化を示す図である。図５の横軸は、経過時間であり、その縦軸は、Ωで表す共振抵抗値Ｚｍｉｎである。

実施形態における汗検出装置ＳＤは、例えば、図１および図２に示すように、第１および第２電極１、２と、誘導素子３と、抵抗可変部材４と、共振抵抗測定部５と、制御処理部６と、出力部７とを備える。

第１電極１は、導電性を有する材料で形成された比較的に薄い板状（層状、膜状）の部材であり、その一方主面１ｓｆは、電気的に絶縁性を有する絶縁材料で比較的に薄く形成された第１絶縁層（第１絶縁被膜）１ａで被覆されている。

第２電極２は、導電性を有する材料で形成された比較的に薄い板状（層状、膜状）の部材であり、その一方主面２ｓｆは、電気的に絶縁性を有する絶縁材料で比較的に薄く形成された第２絶縁層（第１絶縁被膜）２ａで被覆されている。

なお、第１絶縁層１ａで被覆された第１電極１および第２絶縁層２ａで被覆された第２電極２それぞれの各厚さは、約１ｍｍ以下であるが、図１および図２では、作図の都合上、強調して図示されている。また、第１電極１の前記一方「主面」１ｓｆおよび第２電極２の前記一方「主面」２ｓｆは、それぞれ、請求項における「主面」の一例に相当する。

抵抗可変部材４は、液体の吸収量に応じて抵抗値を変える部材である。抵抗可変部材４は、例えば、多孔質の樹脂部材（樹脂製の多孔体）であり、より具体的には、比較的良好な触感を与えることから、例えばスポンジ等である。多孔質の樹脂部材は、液体を吸収していない状態では、孔内には、空気等の気体が充填され、実質的に電気的に絶縁しているほど相対的に高抵抗値であり、一方、電解質を含む液体がその表面に付着すると、孔内の気体と前記液体とが置換することによって前記液体を吸収し、前記液体の吸収量の増加に従ってその抵抗値を減少させる。汗は、電解質を含む液体であるので、抵抗可変部材４は、その抵抗値を汗の吸収量に応じた値に変える。

これら第１および第２電極１、２は、第１および第２絶縁層１ａ、２ａが外部に臨むように配置され、そして、抵抗可変部材４を介して並置される。第１電極１は、第１絶縁層１ａで被覆された主面１ｓｆを除く他の面、図１および図２に示す例では、紙面右側の側面（右側面）で抵抗可変部材４に接触している。より具体的には、抵抗可変部材４が通電可能な抵抗値である場合に、第１電極１は、前記右側面で、第１電極１と抵抗可変部材４との間で電気的に通電可能に接続される。第２電極２は、第２絶縁層２ａで被覆された主面２ｓｆを除く他の面、図１および図２に示す例では、紙面左側の側面（左側面）で抵抗可変部材４に接触している。より具体的には、抵抗可変部材４が通電可能な抵抗値である場合に、第２電極２は、前記左側面で、第２電極２と抵抗可変部材４との間で電気的に通電可能に接続される。

このような第１電極１、第１絶縁層１ａ、抵抗可変部材４、第２電極２および第２絶縁層２ａによって電極部Ｄが構成される。このような構成の電極部Ｄは、生体の汗を検出する場合、第１絶縁層１ａ、抵抗可変部材４および第２絶縁層２ａの各表面に亘って生体が接触される。この電極部Ｄは、汗検出装置ＳＤが車両用である場合に、車両に搭乗する、運転者や同乗者等の搭乗者（生体の一例）における腕や手等が触れる車両部位、好ましくは、汗腺が比較的発達している観点から、前記搭乗者の手（例えば掌や手指等）が触れる車両部位、例えばステアリングハンドル（ステアリングホイール）やドアトリム（例えばドアトリムのグリップハンドルやドアトリムのアームレスト等）等に配置される。図２には、電極部ＤがステアリングハンドルＳＨに配設されている例が示されている。ステアリングハンドルＳＨは、例えば、図２Ａに示すように、円柱状の部材が円環状を呈している。図２Ａは、ステアリングハンドルＳＨが中立位置である状態を示し、ステアリングハンドルＳＨにおける搭乗者（ここでは運転者）が握り操作の対象となる前記円環状の部分における第１周方向の一部に、図２Ｂに示すように、前記円柱状の第２周方向に第１および第２電極１、２が抵抗可変部材４を介して並置されるように電極部Ｄが配設されている。電極部Ｄの表面（第１絶縁層１ａ、抵抗可変部材４および第２絶縁層２ａの各表面）とステアリングハンドルＨＳの表面とが面一となるように、ステアリングハンドルＨＳの電極部Ｄを配置するための凹所が形成され、電極部Ｄは、前記凹所に例えば接着剤ＡＤによって貼着されて配設されている。なお、電極部Ｄは、前記円環状の全周に亘って配置されても良い。また、図２に示す例では、前記円柱状の周方向に配置されるため、第１および第２電極１、２ならびに抵抗可変部材４は、それぞれ、湾曲した板状であるが、配置場所によっては、その少なくともいずれかまたは共に平板状であっても良い。

抵抗可変部材４を配置するための、第１および第２電極１、２によって形成される離間空間における間隔（互いに並置された第１電極１と第２電極２との間の空隙における間隔）は、第１および第２電極１、２間に生体、例えば手指が入り込まない一方、十分に汗を吸収できて抵抗値が変化できることから、好ましくは、３ｍｍ～５ｍｍである。

誘導素子３は、電極部Ｄに対して共振回路を構成するための素子であり、例えば、所定のインダクタンスＬを持つコイル等である。

共振抵抗測定部５は、これら上述の電極部Ｄと誘導素子３とを含む検出回路の共振抵抗を測定する装置である。より具体的には、共振抵抗測定部５は、交流電源５１と、電流計５２とを備える。交流電源５１は、所定の周波数範囲、例えば５００ｋＨｚないし４ＭＨｚの範囲で周波数を変更可能に構成され、制御処理部６に接続され、制御処理部６の制御に従って電極部Ｄに所定の電圧値で交流電力を供給する装置であり、例えば周波数可変で高周波電力を供給する高周波電源である。電流計５２は、制御処理部６に接続され、電極部Ｄの電流値を測定する装置である。電流計５２は、その測定した電流値を制御処理部６へ出力する。

なお、共振抵抗測定部５と制御処理部６との接続は、有線であっても無線であっても良い。無線接続の場合では、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格やＩｒＤＡ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｄａｔａ Ａｓｓｃｏｉａｔｉｏｎ）規格等の近距離無線通信が用いられて良い。

誘導素子３は、電極部Ｄにおける第１および第２電極１、２のいずれに接続されても良いが、図１に示す例では、その一方端子が第１電極１に接続され、その他方端子が共振抵抗測定部５の交流電源５１を介して接地される。共振抵抗測定部５の電流計５２は、その一方端子が第２電極２に接続され、その他方端子が接地される。

出力部７は、制御処理部６に接続され、制御処理部６の制御に従って、制御処理部６によって後述のように判定された発汗の有無や発汗量等を出力する装置であり、例えばＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ（液晶表示装置）および有機ＥＬディスプレイ等の表示部（表示装置）や、プリンタ等の印刷装置等である。

制御処理部６は、汗検出装置ＳＤの各部５、７を当該機能に応じてそれぞれ制御し、例えば発汗量（例えば発汗量０（発汗無し）と発汗量有り等の発汗の有無や、相対的に小量の発汗量と相対的に大量の発汗量等の発汗量の大小）等の、生体の汗を検出するための回路である。制御処理部６は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、記憶素子およびその周辺回路等を備えたマイクロコンピュータを備えて構成される。前記記憶素子は、例えば、不揮発性の記憶素子であるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）や、書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）や、揮発性の記憶素子であって前記ＣＰＵのいわゆるワーキングメモリとなるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を備え、各種の所定のプログラムおよび各種の所定のデータを記憶する。前記各種の所定のプログラムには、例えば、汗検出装置ＳＤの各部５、７を当該機能に応じてそれぞれ制御する制御プログラムや、共振抵抗測定部５で測定された共振抵抗値に基づいて汗の検出に関する所定の判定処理を行う汗判定プログラム等の制御処理プログラムが含まれる。前記各種の所定のデータには、例えば後述の各閾値Ｔｈｎ等の、各プログラムを実行する上で必要なデータ等が含まれる。そして、制御処理部６は、前記制御処理プログラムが実行されることによって、制御部６１および汗判定部６２を前記ＣＰＵに機能的に備える。

制御部６１は、汗検出装置ＳＤの各部５、７を当該機能に応じてそれぞれ制御し、汗検出装置ＳＤ全体の制御を司るものである。

汗判定部６２は、共振抵抗測定部５で測定された共振抵抗値に基づいて汗の検出に関する所定の判定処理を行うものである。本実施形態では、汗判定部６２は、前記共振抵抗測定部で測定された共振抵抗値に基づいて発汗量を判定する。

より具体的には、汗判定部６２は、次のように発汗の有無や発汗量を判定している。抵抗可変部材４は、上述のように、液体の吸収量に応じて抵抗値を可変する。より詳しくは、抵抗可変部材４は、液体の吸収が無い場合では、実質的に電気的に絶縁しているほど相対的に高抵抗値であり、液体の吸収量の増加に従ってその抵抗値を減少させる。抵抗可変部材４が多孔質の樹脂部材である場合では、液体の吸収が無い場合では、孔内には、空気等の気体が充填され、抵抗可変部材４は、実質的に電気的に絶縁しているほど相対的に高抵抗値（所定の第１抵抗値）であり、電解質を含む液体がその表面に付着すると、孔内の気体と前記液体とが置換することによって前記液体を吸収し、前記液体の吸収量の増加に従ってその抵抗値を減少させ、全孔内が前記液体で充填されると、通電可能なほど相対的に低抵抗値（前記第１抵抗値より低い所定の第２抵抗値）となる。逆に、通電可能な前記第２抵抗値の抵抗可変部材４は、吸収していた液体が乾燥により抜けて行くと、その抵抗値を増加させ、完全乾燥で、実質的に電気的に絶縁しているほどの前記第１抵抗値となる。

このため、第１および第２絶縁層１ａ、２ａを介して第１および第２電極１、２に亘って生体ＬＢ、例えば手指ＬＢが電極部Ｄに接触すると、発汗が無い場合では、抵抗可変部材４が実質的に電気的に絶縁しているほど相対的に高抵抗値であるので、図３Ａに示すように、交流電源５１から給電される電流は、交流電源５１、誘導素子３、第１電極１、第１絶縁層１ａ、手指ＬＢ、第２絶縁層２ａ、第２電極２および電流計５２の第１Ａ経路α１－１および交流電源５１、誘導素子３、第１電極１、第１絶縁層１ａおよび生体ＬＢの第１Ｂ経路α１－２（例えば生体ＬＢを介してアースされる経路）で流れる。図３Ａにおいて、Ｃｓ＿ＴＸは、第１絶縁層１ａを介した第１電極１と手指ＬＢとの間における静電容量であり、Ｃｓ＿ＲＸは、第２絶縁層２ａを介した第２電極２と手指ＬＢとの間における静電容量であり、Ｒｓは、手指ＬＢの抵抗値であり、Ｃｂは、生体ＬＢの静電容量であり、Ｒｂは、生体ＬＢの抵抗値である。

一方、生体ＬＢが発汗し、その汗が抵抗可変部材４に付着して吸収されると、抵抗可変部材４の抵抗値が発汗の無い場合に較べて低下し、相対的に少量の発汗の場合、すなわち、抵抗可変部材４が所定の第１発汗量を吸収した場合では、図３Ｂに示すように、交流電源５１から給電される電流は、交流電源５１、誘導素子３、第１電極１、第１絶縁層１ａ、手指ＬＢ、第２絶縁層２ａ、第２電極２および電流計５２の第２Ａ経路α２－１および交流電源５１、第１電極１、抵抗可変部材４、第２電極２および電流計５２の第２Ｂ経路α２－２で流れる。図３Ｂにおいて、Ｃｍは、抵抗可変部材４の静電容量であり、Ｒｍは、抵抗可変部材４の抵抗値である。

このように発汗の有無によって抵抗可変部材４が絶縁状態から通電可能状態に変化し、上述のように電流経路が第１経路α１（α１－１、α１－２）から第２経路α２（α２－１、α２－２）に変化するので、共振抵抗値を閾値で判定することで発汗の有無が判定可能となる。より具体的には、汗判定部６２は、共振抵抗測定部５で測定された共振抵抗値と、予め設定された所定の第１閾値Ｔｈ１とを比較し、この比較の結果、共振抵抗測定部５で測定された共振抵抗値が前記所定の第１閾値Ｔｈ１以上である場合に、発汗無しと判定し、共振抵抗測定部５で測定された共振抵抗値が前記所定の第１閾値Ｔｈ１未満である場合に、発汗有りと判定する。共振抵抗値は、交流電源５１の周波数を変更（走査、スイープ）しながら電流計５２で電流値を測定し、電流計５２が極値を検出した時点での電流値で、交流電源５１の電圧値を除算した値で与えられる（共振抵抗値＝（交流電源５１の電圧値）／（極値での電流計５２の測定電流値））。

抵抗可変部材４に代え、第１および第２絶縁層１ａ、２ａと同一材料で第１絶縁層１ａと第２絶縁層２ａと互いに連結した場合、手指ＬＢで発汗すると、この発汗によって手指ＬＢの抵抗値Ｒｓが低下し、共振周波数ｆｒが殆ど変化しない状態で共振抵抗値が低下するように変化するが、その変化は、小さいため、検出が難しい。また、手指ＬＢの僅かな動きによっても共振抵抗値が変動してしまうため、共振抵抗値の変化が発汗に起因するか、手指ＬＢの動きに起因するかを判別することも難しい。これに対し、本実施形態では、抵抗可変部材４を用いるので、発汗による手指ＬＢの抵抗値Ｒｓの変化に較べて、共振抵抗値を明確に変化させることができ、発汗の有無がより精度良く検出可能となる。

そして、生体ＬＢが例えば相対的に大量に発汗するなど、抵抗可変部材４が前記第１発汗量より多い所定の第２発汗量（例えば抵抗可変部材４の上限量）を吸収した場合では、抵抗可変部材４の抵抗値Ｒｍが低い抵抗値になり、図３Ｃに示すように、交流電源５１から給電される電流は、主に、交流電源５１、誘導素子３、第１電極１、抵抗可変部材４、第２電極２および電流計５２の第３経路α３で流れる。

図３Ｂに示す相対的に少量の吸収の場合（通常時、少量吸収時）と、図３Ｃに示す相対的に大量の吸収の場合（付着時、大量吸収時）とにおいて、電極部Ｄでは、静電容量Ｃｓ＿ＴＸのコンデンサ、抵抗値Ｒｓの抵抗および静電容量Ｃｓ＿ＲＸのコンデンサから成る直列回路に、静電容量Ｃｍのコンデンサおよび抵抗値Ｒｍの抵抗から成る並列回路が、並列に接続された回路が形成されるが、図３Ｃに示す大量吸収時では、上述のように、抵抗可変部材４での通電が優位となり、図３Ｂに示す少量吸収時に較べて図３Ｃに示す大量吸収時では、その合成静電容量Ｃｃは、増加し、その合成抵抗値Ｒｃは、減少する。その共振抵抗値（周波数走査での最小のインピーダンス値）Ｚｍｉｎは、次式１で与えられる。
式１；Ｚｍｉｎ＝Ｒｃ・Ｌ／（Ｌ＋Ｃｃ・Ｒｃ^２）

一例として、図３Ｂに示す少量吸収時における合成静電容量Ｃｃおよび合成抵抗値Ｒｃをそれぞれ１０．５ｐＦおよび１４ｋΩとし（Ｃｃ＝１０．５ｐＦ、Ｒｃ＝１４ｋΩ）、図３Ｃに示す大量吸収時における合成静電容量Ｃｃおよび合成抵抗値Ｒｃをそれぞれ２２ｐＦおよび２．４ｋΩとし（Ｃｃ＝２２ｐＦ、Ｒｃ＝２．４ｋΩ）、上述の式１を用いてシミュレーションすると、図４に示す結果が得られる。図４において、破線で示す、共振周波数変化に対する共振抵抗変化を表す第１特性曲線β１が図３Ｂに示す少量吸収時におけるシミュレーション結果であり、実線で示す、共振周波数変化に対する共振抵抗変化を表す第２特性曲線β２が図３Ｃに示す大量吸収時におけるシミュレーション結果である。図４から分かるように、第１および第２特性曲線β１、β２は、それぞれ、共振周波数ｆｒの増加に従って共振抵抗値Ｚｍｉｎも増加する。そして、第１および第２特性曲線β１、β２は、共振周波数ｆｒが同一である場合に、第２特性曲線β２の共振抵抗値Ｚｍｉｎが第１特性曲線β１の共振抵抗値Ｚｍｉｎより大きい関係である。

このように共振周波数変化に対する共振抵抗変化を表す特性曲線βは、抵抗可変部材４に相対的に少量の汗が吸収されたか相対的に大量の汗が吸収されたか（すなわち、抵抗可変部材４の抵抗値変化）に応じて変化する。このため、共振抵抗値に基づいて特性曲線を判定することで発汗量が判定可能となる。より具体的には、電極部Ｄと誘導素子３とを含む検出回路は、上述のように、共振周波数変化に対する共振抵抗変化を表す特性曲線βを、抵抗可変部材４の抵抗値に応じて互いに異なるように第１および第２特性曲線β１、β２として２個を含み、汗判定部６２は、共振抵抗測定部５で測定された共振抵抗値に基づいて、前記検出回路が動作している特性曲線を判定することによって、発汗量を判定する。より詳しくは、汗判定部６２は、共振抵抗測定部５で測定された共振抵抗値が所定の第２閾値Ｔｈ２未満である場合に、前記検出回路が第１特性曲線β１で動作していると判定して第１発汗量の発汗（相対的に少量の発汗）と判定し、共振抵抗測定部５で測定された共振抵抗値が第２閾値Ｔｈ２以上である場合に、前記検出回路が第２特性曲線β２で動作していると判定して前記第１発汗量より多い第２発汗量の発汗（相対的に大量の発汗）と判定する。

上述では、生体ＬＢが少量で発汗する場合および大量に発汗する場合とで活動すれば、発汗量が判定できる。一方、少量の発汗が継続した結果、抵抗可変部材４が汗で充填され、抵抗可変部材４が大量に汗を吸収する場合も生じ得る。上述のように、共振抵抗値と第２閾値Ｔｈ２との比較だけでは、共振抵抗測定部５で測定された共振抵抗値が第２閾値Ｔｈ２以上である場合に、少量の発汗が継続し、前記検出回路が第１特性曲線β１から第２特性曲線β２への遷移中で動作している場合を含んでしまう。上述では、汗判定部６２は、共振抵抗測定部５で測定された共振抵抗値が第２閾値Ｔｈ２以上である場合に、前記検出回路が第２特性曲線β２でまたは第１特性曲線β１から第２特性曲線β２への遷移中で動作していると判定して前記第２発汗量の発汗（相対的に大量の発汗）と判定している。このため、より精度良く大量の発汗を判定するために、第１および第２特性曲線間の遷移時間あるいは所定の時間での共振抵抗値の時間変化率が用いられる。図５には、一実験例の結果が示されている。この実験では、所定の共振周波数で交流電源５１から前記検出回路に給電した場合における共振抵抗値（最小のインピーダンス）の時間経過が観測され、実験開始後の約３０秒のタイミングで大量発汗の汗に代え充分な水道水（水道水は通常電解質を含む）を抵抗可変部材４に付着させた。図５から分かるように、充分な水道水が抵抗可変部材４に付着されると、比較的、短時間で前記検出回路が第２特性曲線β２で動作するようになる。したがって、第１および第２特性曲線間の遷移時間を閾値で判定することで大量発汗か否かが判定できる。あるいは、所定の時間での共振抵抗値の時間変化率（傾き）を閾値で判定することで大量発汗か否かが判定できる。より具体的には、汗判定部６２は、さらに、共振抵抗測定部５で測定された共振抵抗値に基づいて、第１および第２特性曲線β１、β２間の遷移時間または所定の時間での共振抵抗値の時間変化率を判定することによって、発汗量を判定する。より詳しくは、汗判定部６２は、さらに、共振抵抗測定部５で測定された共振抵抗値に基づいて、共振抵抗値が所定の第１サブ閾値Ｔｈｓ１から前記第１サブ閾値より大きい所定の第２サブ閾値Ｔｈｓ２に到達するまでの時間を求め、前記求めた時間が所定の第３閾値Ｔｈ３以下である場合に、前記第２発汗量の発汗（相対的に大量の発汗）と判定し、前記求めた時間が第３閾値Ｔｈ３を超えている場合に、前記第２発汗量の発汗ではないと判定する。あるいは、汗判定部６２は、さらに、共振抵抗測定部５で測定された共振抵抗値に基づいて、所定の時間での共振抵抗値の時間変化率を求め、前記求めた共振抵抗値の時間変化率が所定の第４閾値Ｔｈ４以上である場合に、前記第２発汗量の発汗（相対的に大量の発汗）と判定し、前記求めた共振抵抗値の時間変化率が第４閾値Ｔｈ４未満である場合に、前記第２発汗量の発汗ではないと判定する。

これら上述の前記所定の第１ないし第４閾値Ｔｈ１～Ｔｈ４、前記所定の第１および第２サブ閾値Ｔｈｓ１、Ｔｈｓ２、ならびに、前記所定の時間は、複数のサンプルから予め適宜に設定される。あるいは、これら前記所定の第１ないし第４閾値Ｔｈ１～Ｔｈ４、前記所定の第１および第２サブ閾値Ｔｈｓ１、Ｔｈｓ２、ならびに、前記所定の時間は、第１絶縁層１ａで被覆された第１電極１、第２絶縁層２ａで被覆された第２電極２、および、抵抗可変部材４における各材料および各形状、ならびに、誘導素子３のインダクタンスＬ等を考慮することによって得られた設計値（シミュレーション値を含む）で設定されても良い。

なお、このような第１および第２特性曲線間の遷移時間または所定の時間での共振抵抗値の時間変化率を用いる場合では、第１閾値Ｔｈ１と第２閾値Ｔｈ２とは、同値であっても良い（Ｔｈ１＝Ｔｈ２）。このような場合では、共振抵抗値が第１閾値Ｔｈ１（第２閾値Ｔｈ２）以上である場合、汗判定部６２は、発汗が無いと判定し、共振抵抗値が第１閾値Ｔｈ１（第２閾値Ｔｈ２）未満である場合であって所定の時間での共振抵抗値の時間変化率が第４閾値Ｔｈ４未満である場合（または前記時間が第３閾値Ｔｈ３を超えている場合）、汗判定部６２は、少量の発汗が有ると判定し、共振抵抗値が第１閾値Ｔｈ１（第２閾値Ｔｈ２）未満である場合であって所定の時間での共振抵抗値の時間変化率が第４閾値Ｔｈ４以上である場合（または前記時間が第３閾値Ｔｈ３以下である場合）、汗判定部６２は、大量の発汗が有ると判定する。言い換えれば、汗判定部６２は、共振抵抗測定部５で測定された共振抵抗値が減少傾向を示して第１閾値Ｔｈ１（第２閾値Ｔｈ２）を下回った後に（図５において、ポイントＴ０からポイントＴ１へ）、増加傾向を示して第４閾値Ｔｈ４以上の時間変化率で増加した場合に（図５において、ポイントＴ１からポイントＴ２へ、さらにポイントＴ３へ）、大量の発汗が有ると判定する。

次に、本実施形態の動作について説明する。図６は、実施形態における汗検出装置の動作を示すフローチャートである。ここでは、第１および第２サブ閾値Ｔｈｓ１、Ｔｈｓ２を必要としないので、共振抵抗値の時間変化率を用いる場合について説明するが、第１および第２特性曲線間の遷移時間を用いる場合についても同様に説明できる。また、車両には、車室内の温度を測定する温度計が備えられ、前記温度計は、制御処理部６に接続され、制御処理部６の制御に従って車室内の温度を測定し、その測定結果を制御処理部６へ出力している。

このような汗検出装置ＳＤは、その電源が投入されると、必要な各部の初期化を実行し、その稼働を始める。その制御処理プログラムの実行によって、制御処理部６には、制御部６１および汗判定部６２が機能的に構成される。そして、汗検出装置ＳＤは、予め設定された所定のサンプリング間隔おきに、次のように動作することで、生体ＬＢの汗を検出している。

図６において、制御処理部６は、前記温度計で測定された車室内の温度変化△Ｔが予め設定された温度閾値Ｔ０未満であるか否かを判定する（Ｓ１）。発汗量で、精神状態に起因する発汗か、身体状態に起因する発汗かを判別することができると言われているが、生体ＬＢの周囲温度（環境温度）によっても発汗するため、この処理Ｓ１は、生体ＬＢの周囲温度に起因する発汗であるか否かを判定する処理である。この判定の結果、車室内の温度変化△Ｔが温度閾値Ｔ０以上である場合（Ｎｏ）では、制御処理部６は、今回のサンプリングタイミングでの処理を終了し、一方、前記判定の結果、車室内の温度変化△Ｔが温度閾値Ｔ０未満である場合（Ｙｅｓ）では、制御処理部６は、次に、処理Ｓ２を実行する。

この処理Ｓ２では、制御処理部６は、共振抵抗測定部５を用いて共振抵抗値を測定する（Ｓ２）。より具体的には、制御処理部６は、交流電源５１の周波数を変更しながら電流計５２で電流値を測定することによって、電流計５２が極値を検出した時点での電流値を求め、この求めた電流値で、交流電源５１の電圧値を除算することによって、その除算結果を共振抵抗値として求める。

続いて、制御処理部６は、汗判定部６２によって、この求めた共振抵抗値が第１閾値Ｔｈ１以上であるか否かを判定する（Ｓ３）。この判定の結果、前記共振抵抗値が第１閾値Ｔｈ１以上である場合（Ｙｅｓ）では、汗判定部６２は、発汗していないと判定し、今回のサンプリングタイミングでの処理を終了する。なお、汗判定部６２は、発汗が無いことを出力部７に出力した後に、今回のサンプリングタイミングでの処理を終了しても良い。一方、前記判定の結果、前記共振抵抗値が第１閾値Ｔｈ１未満である場合（Ｎｏ）では、汗判定部６２は、次に、処理Ｓ４を実行する。この実施形態では、一例として、第１閾値Ｔｈ１（＝第２閾値Ｔｈ２）は、約２５５Ω～２７５Ωであり、例えば２６０Ωに設定される。

この処理Ｓ４では、汗判定部６２は、所定の時間での共振抵抗値の時間変化率を求め、この求めた共振抵抗値の時間変化率が第４閾値Ｔｈ４以上であるか否かを判定する。この判定の結果、共振抵抗値の時間変化率が第４閾値Ｔｈ４未満である場合（Ｎｏ）では、汗判定部６２は、相対的に少量の発汗と判定し、次に、この少量の発汗が有ることを出力部７に出力し（Ｓ５）、今回のサンプリングタイミングでの処理を終了する。一方、前記判定の結果、共振抵抗値の時間変化率が第４閾値Ｔｈ４以上である場合（Ｙｅｓ）では、汗判定部６２は、相対的に大量の発汗と判定し、次に、この大量の発汗が有ることを出力部７に出力し（Ｓ６）、今回のサンプリングタイミングでの処理を終了する。この実施形態では、一例として、第４閾値Ｔｈ４は、約３０Ω／秒～６０Ω／秒であり、例えば３０Ω／秒に設定される。なお、図示を省略するが、別の実験では、小量発汗時における共振抵抗値の最小値が１９４．５３Ωであり、大量発汗時の共振抵抗値の最小値が３３６．８６Ωであり、その小量発汗時から大量発汗時までの遷移時間が2.5秒という結果が得られており、これによれば共振抵抗値の時間変化率が５６．９３２Ωであり、約６０Ωである。

以上説明したように、本実施形態における汗検出装置ＳＤは、上述のような汗の吸収により抵抗値を変化させる抵抗可変部材４を第１および第２電極１、２間に備えるので、第１および第２電極１、２に亘って接触している手指の動きにあまり影響されない、発汗の有無に応じた抵抗可変部材４の抵抗値変化で、前記検出回路の共振抵抗値は、変化する。このため、上記汗検出装置ＳＤは、前記検出回路の共振抵抗値を測定することで、発汗の有無をより精度良く検出できる。

上記汗検出装置ＳＤは、上述のような吸収した発汗量により抵抗値を変化させる抵抗可変部材４を第１および第２電極１、２間に備えるので、発汗量に応じて前記検出回路の特性曲線β（図４に示す例では第１および第２特性曲線β１、β２）は、変化する。このため、上記汗検出装置ＳＤは、共振抵抗測定部５で測定された共振抵抗値に基づいて、前記検出回路が動作している特性曲線を判定することによって、例えば相対的に少量の発汗（第１発汗量の発汗）であるか相対的に大量の発汗（第２発汗量の発汗）であるかで、発汗量を判定できる。

ところで、発汗量で、精神状態に起因する発汗か、身体状態に起因する発汗かを判別することができると言われているが、前記特許文献１に開示された皮膚抵抗測定装置では、発汗量を検出することが難しく、発汗の原因を検知することが難しい。また、皮膚抵抗値と発汗量との相関関係を調べることによって、皮膚抵抗値を発汗量に変換することも検討したが、抵抗可変部材４を備えずに第１絶縁層１ａと第２絶縁層２ａとを連結した第１および第２電極１、２の構成において、互いに連結された第１および第２絶縁層１ａ、２ａを介して第１および第２電極１、２に亘って接触している手指ＬＢの僅かな動きによって共振抵抗値が変動してしまい、皮膚抵抗値と発汗量との相関関係を調べることが難しく、皮膚抵抗値を発汗量に変換することが難しかった。しかしながら、本実施形態における汗検出装置ＳＤは、上述のように、抵抗可変部材４を備える構成としたので、発汗量を判定できる。

上記汗検出装置ＳＤは、生体ＬＢを第１および第２電極１、２間に亘って接触させれば良いので、非侵襲で発汗の有無や発汗量を検出できる。

上記汗検出装置ＳＤは、さらに、第１および第２特性曲線β１、β２間の遷移時間または所定の時間での共振抵抗値の時間変化率も考慮するので、前記発汗量をより精度良く判定できる。

上記汗検出装置ＳＤは、車両に搭載される場合では、搭乗者の汗を検出できる。このような場合において、第１および第２電極１、２が搭乗者の手の触れる車両部位に配置されることで、上記汗検出装置ＳＤは、搭乗者に意識させることなく自然に、搭乗者の汗を検出できる。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

ＳＤ 汗検出装置
１ 第１電極
１ａ 第１絶縁層
２ 第２電極
２ａ 第２絶縁層
３ 誘導素子
４ 抵抗可変部材
５ 共振抵抗測定部
６ 制御処理部
７ 出力部
５１ 交流電源（高周波電源）
５２ 電流計
６１ 制御部
６２ 汗判定部

Claims (6)

1. 主面を絶縁被覆した第１および第２電極と誘導素子とを含む検出回路を用いて生体の汗を検出する汗検出装置であって、
   液体の吸収量に応じて抵抗値を変える抵抗可変部材と、
   前記検出回路の共振抵抗値を測定する共振抵抗測定部と、
   前記共振抵抗測定部で測定された共振抵抗値に基づいて発汗量を判定する汗判定部とを備え、
   前記第１および第２電極は、前記主面を除く他の面で前記抵抗可変部材に接触しつつ前記抵抗可変部材を介して並置される、
   汗検出装置。
2. 前記検出回路は、共振周波数変化に対する共振抵抗変化を表す特性曲線を、前記抵抗可変部材の抵抗値に応じて互いに異なるように第１および第２特性曲線として２個を含み、
   前記汗判定部は、さらに、前記共振抵抗測定部で測定された共振抵抗値に基づいて、前記検出回路が動作している特性曲線を判定することによって、発汗量を判定する、
   請求項１に記載の汗検出装置。
3. 前記汗判定部は、さらに、前記共振抵抗測定部で測定された共振抵抗値に基づいて、前記第１および第２特性曲線間の遷移時間または所定の時間での共振抵抗値の時間変化率を判定することによって、前記発汗量を判定する、
   請求項２に記載の汗検出装置。
4. 前記抵抗可変部材は、多孔質の樹脂部材である、
   請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の汗検出装置。
5. 車両用であって、
   前記生体は、車両に搭乗する搭乗者である、
   請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の汗検出装置。
6. 前記第１および第２電極は、前記搭乗者の手が触れる車両部位に配置される、
   請求項５に記載の汗検出装置。
   

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