JPH07100110A

JPH07100110A - 検出装置

Info

Publication number: JPH07100110A
Application number: JP5274866A
Authority: JP
Inventors: Hirofumi Eguchi; 弘文江口
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1993-10-05
Filing date: 1993-10-05
Publication date: 1995-04-18

Abstract

(57)【要約】【目的】瞼の開閉状態を光学的に正確に検出できる検
出装置を提供する。【構成】投光手段（発光回路２０，赤外線発光ダイオ
ード４）によって、眼球Ｅまたは瞼Ｅ２に赤外線ＩＲを
投射し、反射光検出手段（受光回路３０，赤外線フォト
ダイオード５）によって眼球Ｅまたは瞼Ｅ２からの反射
赤外線ＩＲ’を検出し、この検出された反射赤外線Ｉ
Ｒ’に基づいて瞼開閉状態判定手段（サンプリングホー
ルド回路５０，コンパレーター回路６０）によって瞼の
開閉状態を判定するようになっているので、瞼の開閉状
態を光学的に検出することができ、居眠り防止装置に適
用して瞼を閉じた状態が所定時間継続したときに所定の
警告を行うようにした場合には、居眠りの発生を確実に
防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、瞼の開閉状態を光学
的に検出する検出装置に係り、特に車両運転時や勉学時
における居眠りを警告する居眠り防止装置等に適用可能
な検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】長時間に亘って車両の運転を行う時や、
深夜の勉学時などには、本人の意志に拘らず睡魔が襲っ
てくるものであり、特に車両運転時における居眠りは重
大事故につながりかねず、有効な居眠り防止装置の開発
が望まれている。

【０００３】しかしながら、人が実際に睡眠状態にある
か否かを正確に判定しようとする場合には脳波の検出な
ど高度の技術を要し、装置も複雑化して高価になるた
め、睡眠状態を直接的に検出する方式の居眠り防止装置
は未だ存在しないのが現状である。

【０００４】そこで、従来から、人体の挙動等に基づい
て睡眠状態を間接的に検出して報知する居眠り防止装置
の開発が試みられている。

【０００５】例えば、居眠りを生じた際に頭が前方に傾
くことを応用して、傾き検出装置を具備し、その検出装
置により頭の傾きを検出した際に報知音を発する耳掛け
式の居眠り防止装置が開発されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、人が頭
を前方に傾けるという動作は、居眠りを生じた際に必ず
現れるとは云えず、また、例えば車両の運転時や勉学時
において頭を前方に傾けるという動作は頻繁に起こるも
のである。

【０００７】そのため、前記の検出装置を備えた居眠り
防止装置によっては、居眠りの発生状態を正確に検出す
ることができず、誤報知を生じ易いという欠点があっ
た。

【０００８】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、光学的に瞼の開閉状態を正確に検出するこ
とのできる検出装置を提供することを主な目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の検出装置は、眼
球または瞼に対して光を投射する投光手段と、前記投光
手段から投射され眼球または瞼で反射された反射光を検
出する反射光検出手段と、この反射光検出手段によって
検出された反射光に基づいて瞼の開閉状態を判定する瞼
開閉状態判定手段とを備えることにより上記目的を達成
している。

【００１０】この場合、例えば、請求項２に記載したよ
うに、前記投光手段が、所定間隔毎にパルス状の光を投
射し、前記反射光検出手段が、該パルス状の光の反射光
に基づいてパルス状の出力信号を出力し、前記瞼開閉状
態判定手段が、前記反射光検出手段の出力する出力信号
をサンプリングするサンプリング手段と、該サンプリン
グ手段のサンプリングした出力信号を所定値と比較し、
眼球または閉じた瞼の何れの反射光に対応するものであ
るかを判定する比較判定手段とを備えていてもよい。

【００１１】また、例えば、請求項３に記載するよう
に、前記投光手段が、赤外線発光素子で構成され、前記
反射光検出手段が、光学系を有する赤外線受光素子で構
成されていてもよい。

【００１２】また、請求項４に記載するように、本発明
の検出装置は、例えば、前記瞼開閉状態判定手段によ
り、瞼を閉じた状態であると判定された状態が所定時間
継続したとき、所定の警報を行う警報手段をさらに備え
ていてもよい。

【００１３】さらに、本発明の検出装置は、例えば、請
求項５に記載するように、少なくとも、前記投光手段と
反射光検出手段が眼鏡の所定位置に取り付けられた構成
とすることもできる。

【００１４】

【作用】本発明に係る検出装置によれば、投光手段によ
り眼球または瞼に対して光を投射し、反射光検出手段に
よって前記投光手段から投射され眼球または瞼で反射さ
れた反射光を検出する。

【００１５】この反射光検出手段の検出信号に基づい
て、瞼開閉状態判定手段が瞼の開閉状態を判定する。

【００１６】したがって、瞼の開閉状態を光学的に確実
に検出することができる。

【００１７】また、前記瞼開閉状態判定手段により瞼を
閉じた状態であると判定された状態が所定時間継続した
ときに、所定の警報を行う警報手段を設けると、例え
ば、居眠りの発生状態を的確に検出して報知することが
できる。

【００１８】さらに、前記投光手段と反射光検出手段を
眼鏡の所定位置に取り付けると、通常の眼鏡と同様に着
用するだけで瞼の開閉状態を容易且つ確実に検出するこ
とができる。

【００１９】

【実施例】以下、図を参照して本発明に係る検出装置の
実施例を説明する。

【００２０】図１は、本発明の検出装置を適用した眼鏡
の斜視図である。

【００２１】図１において、眼鏡１には、そのフレーム
２の所定箇所に本発明に係る検出装置が組み込まれてい
る。

【００２２】即ち、眼鏡１のレンズ３周りのフレーム２
ａの上部右端側であって、蔓（つる）２ｂとの継目部分
には、赤外線発光ダイオード（投光手段）４と赤外線フ
ォトダイオード（反射光検出手段）５が設けられてお
り、蔓２ｂの耳掛け部２ｃの先端部には、圧電ブザー６
が設けられている。

【００２３】上記赤外線発光ダイオード４および赤外線
フォトダイオード５は、眼鏡１が装着されたとき、図２
に示すように人の眼球（目）Ｅの角膜Ｅ１の一部、或い
は閉じられた瞼Ｅ２に照射され、また、角膜Ｅ１，瞼Ｅ
２からの反射赤外線ＩＲ’が赤外線フォトダイオード５
に入射するように調整されている。

【００２４】また、前記赤外線フォトダイオード５に
は、集光率を高める集光レンズ７等の光学系を備えてい
る。

【００２５】上記眼鏡１のフレーム２の蔓２ｂ内には、
図３に示すような検出装置１０が組み込まれている。

【００２６】即ち、検出装置１０は、発光回路２０，受
光回路３０，増幅回路４０，サンプリングホールド回路
５０，コンパレーター回路６０，制御装置７０，圧電ブ
ザー６等を備えており、電源としての水銀電池等も、蔓
２ｂの内部に収納されている。前記発光回路２０は、
赤外線発光ダイオード４と、トランジスタＴｒ、抵抗Ｒ
１，Ｒ２，Ｒ３及び電解コンデンサＣ１等を備えてい
る。

【００２７】赤外線発光ダイオード４は、そのアノード
端子が抵抗Ｒ１を介して電源電圧Ｖｃｃに接続されると
共に、電解コンデンサＣ１を介して接地され、そのカソ
ード端子がトランジスタＴｒのコレクタ端子に接続され
ている。

【００２８】トランジスタＴｒのベース端子は、抵抗Ｒ
２を介して制御装置７０内の発振回路７１に接続され、
エミッタ端子はグランドに接続されている。

【００２９】尚、トランジスタＴｒのベース端子とエミ
ッタ端子の間には、バイアス用の抵抗Ｒ３が接続されて
いる。

【００３０】前記トランジスタＴｒは、そのベース端子
に、後述する発振回路７１から、例えば、１２８Ｈｚの
パルス信号が抵抗Ｒ２を介して入力され、このパルス信
号により所定周期でスイッチイングされる。

【００３１】したがって、トランジスタＴｒがオン／オ
フすることにより、赤外線発光ダイオード４に周期的に
順方向の電流が流れ、赤外線発光ダイオード４は、パル
ス状の赤外線ＩＲを図２に示したように目（Ｅ）に投射
する。

【００３２】前記受光回路３０は、上記赤外線フォトダ
イオード５と、コンパレータＣＯＭＰ１、帰還回路を構
成する抵抗Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６及びコンデンサＣ２等を備
えている。

【００３３】赤外線フォトダイオード５は、そのアノー
ド端子が、コンパレータＣＯＭＰ１のプラス（＋）側の
入力端子に接続され、そのカソード端子がコンパレータ
ＣＯＭＰ１のマイナス（−）側の入力端子に接続される
と共にグランドに接地されている。

【００３４】また、コンパレータＣＯＭＰ１の出力端子
とマイナス（−）側の入力端子の間には帰還回路が接続
されている。

【００３５】この帰還回路は、直列接続した抵抗Ｒ５と
抵抗Ｒ６に対して抵抗Ｒ４が並列接続され、抵抗Ｒ５と
抵抗Ｒ６の間に、接地したコンデンサＣ２の一端が接続
された回路構成となっている。

【００３６】そして、前記赤外線発光ダイオード４から
眼球Ｅの角膜Ｅ１または閉じた瞼Ｅ２に照射された赤外
線ＩＲは、その表面で反射され、反射赤外線ＩＲ’とな
って前記集光レンズ７を介して受光回路３０の赤外線フ
ォトダイオード５に入射する。

【００３７】これにより、赤外線フォトダイオード５に
は、反射赤外線ＩＲ’の入射光量に略比例した光電流が
流れ、コンパレータＣＯＭＰ１の入力端子間には、赤外
線フォトダイオード５に流れる電流に対応した電位差が
生じて、その電位差に応じたパルス信号が出力端子より
出力される。

【００３８】前記増幅回路４０は、比較増幅装置として
のコンパレータＣＯＭＰ２と、帰還路を構成する抵抗Ｒ
８等から成っている。

【００３９】コンパレータＣＯＭＰ２は、そのマイナス
（−）側の入力端子が、抵抗Ｒ７とコンデンサＣ３を介
して前記受光回路２０のコンパレータＣＯＭＰ１の出力
端子に接続され、そのプラス（＋）側の入力端子が接地
されている。

【００４０】また、コンパレータＣＯＭＰ１は、その出
力端子とマイナス（−）側の入力端子が抵抗Ｒ８を有す
る帰還回路で接続されている。

【００４１】そして、前記受光回路３０のコンパレータ
ＣＯＭＰ１から出力されたパルス信号は、コンデンサＣ
３および抵抗Ｒ７によってノイズ成分が除去されて、前
記コンパレータＣＯＭＰ２のマイナス（−）側の入力端
子に入力され、コンパレータＣＯＭＰ２の出力端子から
は、振幅が増幅されたパルス信号がサンプルホールド回
路５０に出力される。

【００４２】前記サンプルホールド回路５０は、例え
ば、ホールド用コンデンサを用いた通常のサンプルホー
ルド回路が用いられており、コンパレータＣＯＭＰ２の
出力する増幅パルス信号をサンプルホールドして、コン
パレーター回路６０に出力する。

【００４３】前記コンパレーター回路６０は、例えば、
オペレーション・アンプ等で構成され、その一方の入力
端子には、前記サンプルホールド回路５０のホールド出
力が、また、他方の入力端子には、所定のしきい値（ス
レッショルド）に対応する基準電圧Ｖｓが入力されてい
る。

【００４４】尚、前記しきい値（基準電圧Ｖｓ）は、眼
球Ｅ１と瞼Ｅ２の赤外線反射率に基づいて定められ、前
記サンプルホールド回路５０によって保持されるサンプ
リングパルス信号の電圧値（即ち、パルス振幅）が、眼
球Ｅ１の反射率に対応するか、或いは瞼Ｅ２の反射率に
対応するかを確実に識別し得る値に設定される。

【００４５】そして、このコンパレーター回路６０は、
前記サンプルホールド回路５０からのホールド出力を基
準電圧Ｖｓと比較し、ホールド出力が基準電圧Ｖｓより
小さい場合にはタイマＴのリセット信号を制御装置７０
に出力する。

【００４６】前記制御装置７０は、発振回路７１、ブザ
ー駆動回路７２及びタイマＴ等を備えている。

【００４７】発振回路７１は前記発光回路２０とタイマ
Ｔに接続され、タイマＴは前記コンパレーター回路６０
の出力端子とブザー駆動回路７２に夫々接続されてい
る。

【００４８】前記発振回路７１は、水晶発振器と分周回
路等を備え、例えば１２８Ｈｚのパルス信号を前記発光
回路２０に出力すると共に、所定周期のクロックパルス
をタイマＴに出力する。

【００４９】前記タイマＴは、前記発振回路７１から入
力されるクロックパルスを計数し、その計数値が所定値
に達した際に、所定時間（例えば、２秒）が経過したと
判断してブザー駆動信号を前記ブザー駆動回路７２に対
して出力する。

【００５０】このタイマＴは、前記コンパレーター回路
６０からリセット信号が入力される度にリセットされ
る。

【００５１】また、前記ブザー駆動回路７２には圧電ブ
ザー６が接続され、前記タイマＴから駆動信号が入力さ
れると、該圧電ブザー６を鳴動駆動する。

【００５２】次に、この検出装置１０の動作を説明す
る。

【００５３】まず、眼鏡１を着用して電源をオン状態に
すると、制御装置７０の発振回路７１から所定周波数
（例えば１２８Ｈｚ）のパルス信号が出力され、このパ
ルス信号により、トランジスタＴｒが所定周期でオン／
オフされることにより、赤外線発光ダイオード４からパ
ルス状の赤外線ＩＲが、図２に示すように目（Ｅ）に対
して照射される。

【００５４】この照射光は、眼球Ｅの角膜Ｅ１または閉
じた瞼Ｅ２の表面で反射され、反射赤外線ＩＲ’が、集
光レンズ７を介して受光回路３０の赤外線フォトダイオ
ード５に入射する。

【００５５】赤外線フォトダイオード５は、反射赤外線
ＩＲ’の入射光量に略比例して光電流が流れ、この光電
流に対応したパルス信号がコンパレータＣＯＭＰ１から
増幅回路４０に出力される。

【００５６】即ち、赤外線フォトダイオード５に入射す
る反射赤外線ＩＲ’の光量は、赤外線ＩＲが反射される
物体表面の反射率に依存することから、反射率の比較的
高い角膜Ｅ１によって赤外線ＩＲが反射された場合（つ
まり、瞼（Ｅ２）が開いている場合）には、赤外線フォ
トダイオード５に流れる電流が大きくなり、コンパレー
タＣＯＭＰ１の入力端子間の電位差は相対的に低くなっ
て、このコンパレータＣＯＭＰ１の出力端子からはロー
レベル（例えば、０ボルト）のパルス信号が出力され
る。

【００５７】一方、反射率の比較的低い瞼Ｅ２によって
赤外線ＩＲが反射された場合（つまり、瞼（Ｅ２）が閉
じている場合）には、赤外線フォトダイオード５に流れ
る電流が小さくなり、コンパレータＣＯＭＰ１の入力端
子間の電位差は相対的に高くなるから、このコンパレー
タＣＯＭＰ１の出力端子からはハイレベル（例えば、
０．５ボルト）の信号が出力される。

【００５８】コンパレータＣＯＭＰ１から出力されたパ
ルス信号は、コンデンサＣ３および抵抗Ｒ７を介して増
幅回路４０のコンパレータＣＯＭＰ２のマイナス（−）
側の入力端子に入力される。

【００５９】そして、コンパレータＣＯＭＰ２は、入力
されるパルス信号を増幅して、サンプルホールド回路５
０に出力し、サンプルホールド回路５０は、入力される
パルス信号をサンプルホールドしてコンパレーター回路
６０に出力する。

【００６０】コンパレーター回路６０は、サンプルホー
ルド回路５０から入力されるホールド出力を基準電圧Ｖ
ｓ（例えば、０．３ボルト）と比較し、ホールド出力が
基準電圧Ｖｓ以下のローレベル（０ボルト）であると判
定した場合（即ち、瞼（Ｅ２）が開いていると判定した
場合）には、出力端子から制御装置７０のタイマＴに対
してリセット信号を出力する。

【００６１】また、コンパレーター回路６０は、ホール
ド出力が基準電圧Ｖｓ以上のハイレベル（０．５ボル
ト）であると判定した場合（即ち、瞼（Ｅ２）が閉じて
いると判定した場合）には、出力端子から制御装置７０
のタイマＴに対しするリセット信号の出力を停止する。

【００６２】一方、制御装置７０内のタイマＴは、常に
発振回路７１から供給されるクロックパルスをカウント
して時間を計測しており、コンパレーター回路６０から
リセット信号の入力がある度にリセットされる。

【００６３】つまり、コンパレーター回路６０によっ
て、瞼Ｅ２が開いている状態（即ち、目を開けて居眠り
をしていない状態）であると判定された場合には、タイ
マＴがリセットされ、瞼Ｅ２が閉じている状態（即ち、
瞼Ｅ２が瞬きした状態、或いは居眠りの恐れがある状
態）であると判定された場合にはタイマＴの計時が続行
される。

【００６４】したがって、例えば、タイマＴのタイムア
ップが「２秒」に設定されている場合には、瞼Ｅ２が２
秒間に亘って閉じられた状態が続くと、居眠り状態であ
ると判定して、タイマＴからブザー駆動回路７２に対し
て駆動信号が出力され、圧電ブザー６が鳴動を開始す
る。

【００６５】これにより、聴覚を介して居眠りの発生が
警告されて、検出装置１０の組み込まれた眼鏡１の使用
者は目を覚ますため、居眠りが確実に防止され、車両運
転時等における重大事故の発生を未然に防止したり、勉
学に励むことができる。

【００６６】一方、瞼Ｅ２が閉じられている時間が２秒
未満である場合には、瞼Ｅ２の瞬き等である可能性が高
く、タイマＴがタイムアップする前に瞼Ｅ２が開くこと
によって、タイマＴの計時はリセットされ、圧電ブザー
６による居眠りの警告は行われない。

【００６７】このように、本実施例に係る検出装置１０
によれば、居眠りの発生に伴って生じる瞼Ｅ２が継続し
て閉じられた状態を確実に検出して、警告を発すること
ができ、居眠りを確実に防止できると共に、実際には居
眠りを生じていない場合の誤報知を極力減らすことがで
きる。

【００６８】また、目に見えない赤外線を採用している
ことから、視覚を妨げることなく、確実に瞼の開閉を検
出することができる。

【００６９】また、本実施例に係る検出装置１０は、眼
鏡１のフレーム２に組み込まれているから、通常の眼鏡
と同様に着用するだけで居眠りを容易且つ確実に防止で
き、簡便性，有用性に優れている。

【００７０】尚、本実施例では、発光回路２０の発光素
子に赤外線発光ダイオード４を、受光回路３０の受光素
子に赤外線フォトダイオード５を夫々用いる場合につい
て説明したが、これに限らず可視光を発光，受光する通
常の発光ダイオードやフォトダイオード等を用いること
も可能である。

【００７１】但し、その場合には、投射光が眼球の水晶
体等に入射して視覚の妨げとならないように調節する必
要がある。

【００７２】また、本実施例では、居眠り状態を警告す
る警告手段として圧電ブザー６を用いる場合について説
明したが、これに限らず、例えば、スピーカーから「キ
ケン、キケン、オキテクダサイ」等の合成音声を出力す
るようにしてもよいし、また、眼鏡の蔓に低周波発生器
を組み込んで、振動によって居眠り状態を報知するよう
にしたり、或いは目に強い光を照射して視覚的に報知す
るようにしてもよい。また、本実施例では、検出装置１
０を眼鏡１のフレーム２に組み込む場合について述べた
が、これに限らず、帽子やヘルメットの前面部に取り付
けて、瞼の開閉状態を検出するようにしてもよい。

【００７３】また、発光素子と受光素子のみを眼鏡等に
取り付け、他の電子回路や電源等を外部に設けて、リー
ド線を介して互いに接続するようにしてもよい。

【００７４】また、検出回路１０の用途は、本実施例の
ように居眠り防止装置に適用する場合に限定されず、例
えば、所定時間における瞼の開閉回数を計測する実験装
置に適用したり、或いはこの検出装置１０によって、長
時間に亘って瞼の瞬きが行われない状態（即ち、目が開
けられ続ける状態）を検出，報知するようにして、テレ
ビゲーム等を長時間行うとなり易いと云われる所謂ドラ
イアイを防止し得る装置を提供することも可能である。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば、眼球と瞼の反射率の相
違を利用して、光素子によって瞼の開閉状態を判定して
いるので、瞼の開閉状態を光学的に容易且つ確実に検出
することができる。

【００７６】また、瞼開閉状態判定手段により瞼を閉じ
た状態であると判定された状態が所定時間継続したとき
に、警報手段によって所定の警報を行う構成とした場合
には、例えば居眠りの発生状態を的確に報知することが
できる。

【００７７】さらに、投光手段と反射光検出手段が眼鏡
の所定位置に取り付けられた構成とする場合には、通常
の眼鏡と同様に着用するだけで瞼の開閉状態を容易且つ
確実に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る検出装置を眼鏡に組み込んだ状態
を示す斜視図である。

【図２】本発明に係る検出装置の使用状態を示す概念図
である。

【図３】本発明に係る検出装置の回路構成図である。

【符号の説明】

１眼鏡２フレーム４赤外線発光ダイオード５赤外線フォトダイオード６圧電ブザー（警告手段）１０検出装置２０発光回路（投光手段）Ｖｃｃ電源電圧３０受光回路（反射光検出手段）ＣＯＭＰ１コンパレータ４０増幅回路ＣＯＭＰ２コンパレータ５０サンプルホールド回路（サンプリ
ング手段）６０コンパレーター回路（瞼開閉状態
判定手段）Ｖｓ基準電圧７０制御装置７１発振回路７２ブザー駆動回路ＴタイマＥ目（眼球）Ｅ１角膜Ｅ２瞼ＩＲ赤外線ＩＲ’ 反射赤外線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】眼球または瞼に対して光を投射する投光手
段と、前記投光手段から投射され眼球または瞼で反射された反
射光を検出する反射光検出手段と、この反射光検出手段の検出結果に基づいて瞼の開閉状態
を判定する瞼開閉状態判定手段と、を備えたことを特徴とする検出装置。
【請求項２】前記投光手段は、所定間隔毎にパルス状の
光を投射し、前記反射光検出手段は、該パルス状の光の反射光に基づ
いてパルス状の出力信号を出力し、前記瞼開閉状態判定手段は、前記反射光検出手段の出力
する出力信号をサンプリングするサンプリング手段と、
該サンプリング手段のサンプリングした出力信号を所定
値と比較し、眼球または閉じた瞼の何れの反射光に対応
するものであるかを判定する比較判定手段を備えたこと
を特徴とする請求項１記載の検出装置。
【請求項３】前記投光手段が、赤外線発光素子で構成さ
れ、前記反射光検出手段が、光学系を有する赤外線受光素子
で構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２
記載の検出装置。
【請求項４】前記検出装置は、前記瞼開閉状態判定手段により、瞼を閉じた状態である
と判定された状態が所定時間継続したとき、所定の警報
を行う警報手段を、さらに備えたことを特徴とする請求
項１から請求項３のいずれかに記載の検出装置。
【請求項５】前記検出装置は、少なくとも、前記投光手段と前記反射光検出手段が、眼
鏡の所定位置に取り付けられたことを特徴とする請求項
１から請求項４のいずれかに記載の検出装置。