JPH10254613A

JPH10254613A - 皮膚インピーダンス測定方法及び皮膚インピーダンス測定装置

Info

Publication number: JPH10254613A
Application number: JP5158597A
Authority: JP
Inventors: Naohito Shiki; 尚仁志岐
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1997-03-06
Filing date: 1997-03-06
Publication date: 1998-09-25

Abstract

(57)【要約】【目的】皮膚インピーダンスの測定結果の個人差、日内
偏差及び外乱の影響を受けることなくゲーム等の装置に
対する制御信号を正確かつリアルタイムに出力すること
ができるようにする。【構成】閾値算出処理において、ＣＰＵは、初期設定
（ｓ２１）を行った後に皮膚インピーダンス測定部３か
らＳＩＲ信号を今回の測定値ＳＩＲｎｅｗとして読み取
り（ｓ２２）、今回の測定値ＳＩＲｎｅｗを含めた前３
回の測定値を用いてパルスノイズの除去処理を行い（ｓ
２３，ｓ２４）、測定値がそれまでの最大値を超えて変
化した場合には測定値の最大値ＳＩＲｍａｘを更新的に
記憶するとともに、皮膚インピーダンス信号に大きな変
化が現れない状態では記憶している測定値の最大値ＳＩ
Ｒｍａｘを徐々に減少させ、測定値の最大値ＳＩＲｍａ
ｘと移動平均値ＡＶＥとの範囲内に閾値ＴＨを設定する
（ｎ２６〜ｎ３０）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、被測定者から測定し
た皮膚インピーダンスに基づく信号を外部装置の制御信
号として出力する皮膚インピーダンス測定方法及び皮膚
インピーダンス測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ゲーム機や学習支援装置等の人間が制御
操作を行う装置では、操作する人間の精神的、肉体的状
態が制御結果の適否や内容に影響を与える。例えば、ゲ
ーム機における遊戯結果の良否は、遊戯者の精神的、肉
体的状態によって変化する。このため、遊戯者の精神状
態に合わせてゲームの難易度を変化させることにより、
遊戯結果の平均化を図ることができるだけでなく、遊戯
者に対して精神状態のコントロールを要求するような新
たなゲーム内容を創作することも考えられる。

【０００３】遊戯者等の精神状態は、掌の皮膚インピー
ダンスや心拍間隔等の生体情報に基づいて検出できるこ
とが知られている。例えば、人間の掌の皮膚は、体温を
維持する恒常機能に基づく温熱発汗作用のみならず、外
部刺激に対する反応としての精神発汗作用によっても発
汗する。したがって、人間の掌における発汗量は、交感
神経の機能状態、即ち、精神の安定状態を表す指標とな
り、発汗量の多少に応じて皮膚インピーダンスは低下ま
たは上昇するから、掌の皮膚インピーダンスを測定すれ
ば精神の安定状態を検出できることになる。

【０００４】そこで、従来より、操作者の精神状態を表
す指標となる生体情報として皮膚インピーダンスを測定
し、この測定結果に基づいて操作者が操作中の装置に対
する制御信号を作成して出力する皮膚インピーダンス測
定方法及び皮膚インピーダンス測定装置が提案されてい
る。従来の皮膚インピーダンス測定方法及び測定装置で
は一般に、複数の電極を介して被測定者の掌の皮膚イン
ピーダンスを測定し、皮膚インピーダンスの測定結果の
絶対値や増減変化のピークを検出し、これらの検出結果
に基づいて外部装置の制御信号を作成するようにしたも
のがある。また、皮膚インピーダンスの測定結果を所定
の閾値と比較することにより、皮膚インピーダンスの測
定信号における凸波形部を検出し、この検出結果、また
は、凸波形部の出現頻度等を出力するようにしたものも
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、掌の発
汗量は個人差だけでなく同一人における日内偏差も大き
く、皮膚インピーダンスの測定結果の絶対値、または、
一義的に設定された閾値との比較結果に基づいて被測定
者の精神状態を判定することは困難である。また、掌に
おける発汗回数も最大１分間に６回程度であり、皮膚イ
ンピーダンスの測定結果にはリアルタイム性に乏しい問
題がある。特に、皮膚インピーダンスの測定結果におけ
る複数のピーク値から凸波形部の検出のための閾値を決
定するものでは、閾値の決定に最低でも２０秒程度の時
間を必要とし、ゲーム等の装置の制御信号に要求される
リアルタイム性を満足することができない。さらに、皮
膚インピーダンスの測定結果は、掌の皮膚に対する電極
の接触状態によって大きく変化し、電極の接触状態が皮
膚インピーダンスの測定信号に外乱を生じさせる問題も
ある。

【０００６】この発明の目的は、皮膚インピーダンスの
今回の測定結果及び過去の測定結果に基づいて、凸波形
部の検出のための閾値をリアルタイムで変化させること
により、皮膚インピーダンスの測定結果の個人差、日内
偏差及び外乱の影響を受けることなくゲーム等の装置に
対する制御信号を正確かつリアルタイムに出力するこが
できる皮膚インピーダンスの測定方法及び皮膚インピー
ダンスの測定装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載した発明
は、複数の電極間における皮膚インピーダンスの測定信
号中の凸波形部を検出し、この検出結果を出力する皮膚
インピーダンス測定方法において、一定のサンプリング
周期で皮膚インピーダンスの測定値が入力される毎に、
測定値の移動平均値を算出するとともに、測定値の最大
値を更新的に記憶する第１の処理と、算出した移動平均
値と測定値の最大値との範囲内に閾値を設定する第２の
処理と、設定した閾値を超える測定値が入力された場合
に皮膚インピーダンスの測定信号に凸波形部を生じたと
判断する第３の処理と、を含むことを特徴とする。

【０００８】請求項７に記載した発明は、複数の電極間
における皮膚インピーダンスの測定信号中の凸波形部を
検出し、この検出結果を出力する皮膚インピーダンス測
定装置において、一定のサンプリング周期で皮膚インピ
ーダンスの測定値が入力される毎に、測定値の移動平均
値を算出するとともに、測定値の最大値を更新的に記憶
する第１の処理と、算出した移動平均値と測定値の最大
値との範囲内に閾値を設定する第２の処理と、設定した
閾値を超える測定値が入力された場合に皮膚インピーダ
ンスの測定信号に凸波形部を生じたと判断する第３の処
理と、をこの順に実行する制御部を設けたことを特徴と
する。

【０００９】請求項１及び７に記載した発明において
は、一定のサンプリング周期で入力される皮膚インピー
ダンスの測定値の移動平均値が算出されるとともに、測
定値の最大値が更新的に記憶され、算出した移動平均値
と測定値の最大値との範囲内に閾値が設定される。この
閾値を超える測定値が入力された場合に皮膚インピーダ
ンスの測定信号に凸波形部を生じたと判断される。測定
値の変化量に比べて移動平均値の変化量は小さく、移動
平均値と最大値との間の値を取る閾値の変化量も測定値
の変化量に比較して小さい。したがって、測定値の変化
が小さい状態では、移動平均値及び閾値には殆ど変化が
現れず、今回の測定値がこの閾値を超えることもない。
一方、測定値が急激に変化した状態でも、移動平均値及
び閾値の変化量は測定値の変化量に比べて小さいから、
今回の測定値が閾値を超える場合があり、この場合に凸
波形部を生じたと判断される。このように、測定値と比
較される閾値は、皮膚インピーダンスの測定値が入力さ
れる毎に今回の測定値及び過去の測定結果に基づいて更
新的に設定される。

【００１０】請求項２に記載した発明は、前記第１〜３
の処理の前に、前々回の測定値から前回の測定値を経て
今回の測定値までの変化量が予め定められた基準値を超
え、かつ、前々回の測定値及び今回の測定値の差の符号
と前回の測定値及び今回の測定値の差の符号とが逆であ
る場合に、前回の測定値を前々回の測定値と今回の測定
値との平均値にする処理を含むことを特徴とする。

【００１１】請求項８に記載した発明は、前記制御部
が、前記１〜３の処理の前に、前々回の測定値から前回
の測定値を経て今回の測定値までの変化量が予め定めら
れた基準値を超え、かつ、前々回の測定値及び今回の測
定値の差の符号と前回の測定値及び今回の測定値の差の
符号とが逆である場合に、前回の測定値を前々回の測定
値と今回の測定値との平均値にする処理を実行すること
を特徴とする。

【００１２】請求項２及び８に記載した発明において
は、今回を含む前３回の測定値がパルス状に大きく変化
した場合、前回の測定値は前々回の測定値と今回の測定
値との平均値にされ、３回の測定値からパルス状の変化
が除去される。したがって、前回の測定値が閾値を超え
ることはなく、パルスノイズが凸波形部と判断されるこ
とはない。

【００１３】請求項３に記載した発明は、皮膚インピー
ダンスの測定値が予め定められた上限値または下限値を
超えた時に所定時間の経過を待機する処理を含むことを
特徴とする。

【００１４】請求項９に記載した発明は、前記制御部
が、皮膚インピーダンスの測定値が予め定められた上限
値または下限値を超えた時から所定時間内において前記
処理を実行しないことを特徴とする。

【００１５】請求項３及び９に記載した発明において
は、皮膚インピーダンスの測定値が上限値または下限値
を超えると、所定時間が経過するまで閾値の設定及び凸
波形部の検出は行われない。したがって、皮膚と電極と
が一時的に非接触状態となって測定値が上限値または下
限値を超えた後に再度接触状態となったような場合に、
皮膚インピーダンスの変動信号（ＳＩＲ）に生じる不安
定期間においては、凸波形部の検出は行われず、このよ
うな不安定期間における測定値が閾値を超えたことによ
っては皮膚インピーダンス信号に凸波形部を生じたと判
断することはない。

【００１６】請求項４に記載した発明は、前記第１の処
理が、今回の測定値により最大値を更新しない場合に、
最大値と移動平均値との差に基づいて算出した減算値を
最大値から減算する処理を含むことを特徴とする。

【００１７】請求項１０に記載した発明は、前記制御部
が、第１の処理において今回の測定値により測定値の最
大値を更新しない場合に、最大値と移動平均値との差に
基づいて算出した減算値を最大値から減算する処理を実
行することを特徴とする。

【００１８】請求項４及び１０に記載した発明において
は、今回の測定値が最大値を超えなかった場合に、最大
値と移動平均値との差に基づいて算出された値が最大値
から減算され、減算後の最大値を用いて閾値が算出され
る。したがって、測定値が上昇して閾値を超えた後にピ
ーク値から再び下降して移動平均値に近い値に戻った場
合、最大値と移動平均値との間の値を取る閾値もピーク
値から素早く下降し、連続する複数の凸波形部が確実に
検出される。

【００１９】請求項５に記載した発明は、前記第３の処
理の後に、皮膚インピーダンス信号における凸波形部の
出現時間間隔を算出する処理、及び、算出した凸波形部
の出現時間間隔に基づいて制御パラメータを設定する処
理を含むことを特徴とする。請求項１１に記載した発明
は、前記制御部が、第３の処理の後に、皮膚インピーダ
ンス信号における凸波形部の出現時間間隔を算出する処
理、及び、算出した凸波形部の出現時間間隔に基づいて
制御パラメータを設定する処理を実行することを特徴と
する。

【００２０】請求項５及び１１に記載した発明において
は、皮膚インピーダンスの測定値の移動平均値と最大値
とに基づいて設定された閾値を用いて皮膚インピーダン
ス信号における凸波形部が検出され、この凸波形部の出
現時間間隔に基づいて制御パラメータが設定される。皮
膚インピーダンス信号における凸波形部の出現時間間隔
は、被測定者の精神の安定状態を表す。したがって、被
測定者の精神の安定状態を的確に反映して被測定者が操
作するゲーム機等の装置の制御パラメータが設定され
る。

【００２１】請求項６に記載した発明は、前記凸波形部
の出現時間間隔に基づく制御パラメータの設定処理が、
所定時間を超えて凸波形部が検出されない場合に任意の
制御パラメータを設定する処理を含むことを特徴とす
る。

【００２２】請求項１２に記載した発明は、前記制御部
が、凸波形部の出現時間間隔に基づく制御パラメータの
設定処理において、所定時間を超えて凸波形部が検出さ
れない場合に任意の制御パラメータを設定する処理を実
行することを特徴とする。

【００２３】請求項６及び１２に記載した発明において
は、皮膚インピーダンス信号において長時間凸波形部が
検出されない場合に、任意の制御パラメータが設定され
る。したがって、被測定者の精神の安定状態を検出する
ことができない場合であっても、被測定者が操作するゲ
ーム機等の装置の制御内容が変わる。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の実施形態の一
例である皮膚インピーダンス測定装置の構成を示すブロ
ック図である。皮膚インピーダンス測定装置１は、測定
電極２を含む皮膚インピーダンス測定部３、制御部４及
び出力部５から構成される。測定電極２は、被測定者の
掌に接触する複数の電極である。皮膚インピーダンス測
定部３は、電源、交流発生回路、フィルタ回路、演算回
路及びＡ／Ｄ変換回路を含み、測定電極２に対して交流
電源を印加して公知の定電流による３電極法を用いて掌
の皮膚インピーダンスの測定を行い、皮膚インピーダン
スの等価直列抵抗成分に相当するＳＩＬ信号、及び、Ｓ
ＩＬ信号の直流成分を除去した変動成分のみのＳＩＲ信
号を、ディジタルデータとして出力する。なお、便宜
上、以下の説明においては、ＳＩＬ信号及びＳＩＲ信号
の正負を反転して説明する。

【００２５】制御部４は、ＲＯＭ及びＲＡＭを備えたＣ
ＰＵによって構成され、ＲＯＭに予め書き込まれるか、
または、ＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体を介して搭載された
処理プログラムにしたがって皮膚インピーダンス測定部
３から入力された測定データに対して後述する処理を実
行し、皮膚インピーダンス信号における凸波形部を検出
するとともに、この検出結果に基づいて制御データを作
成し、作成した制御データを出力部５を介してゲーム機
等の外部装置に出力する。この処理においてＣＰＵに入
出力されるデータはＲＡＭに割り当てられた所定のメモ
リエリアに格納される。

【００２６】図２は、皮膚インピーダンス測定装置の制
御部における凸波形部の検出処理に係る処理手順を示す
フローチャートである。なお、このフローチャートは、
この発明に係る皮膚インピーダンス測定方法を説明する
ものでもある。制御部４を構成するＣＰＵは、先ず、凸
波形部の検出処理に使用する各種のデータの初期設定を
行う（ｓ１）。初期設定されるデータとしては、例え
ば、ＳＩＲ信号と比較される閾値をバッファに格納して
おく数γ、不安定期間の検出において用いられるＳＩＬ
信号の上限値ＳＩＬｍａｘ並びに下限値ＳＩＬｍｉｎ、
及び、不安定期間の検出中であるか否かの状態を記憶す
るフラグＦｃ等がある。

【００２７】次いで、ＣＰＵは、不安定期間の検出処理
を行う（ｓ２〜ｓ６）。より詳細には、ＣＰＵは、皮膚
インピーダンス測定部３から入力されたＳＩＬ信号を予
め設定された上限値ＳＩＬｍａｘ及び下限値ＳＩＬｍｉ
ｎと比較するとともに、フラグＦｃの内容をチェックし
（ｓ２）、ＳＩＬ信号が上限値ＳＩＬｍａｘ及び下限値
ＳＩＬｍｉｎの範囲外である場合、予め設定された待機
時間である２０秒間が経過するまで後の処理の実行を待
機する。（ｓ３〜ｓ６）。

【００２８】例えば、測定電極２に対して被測定者の掌
が瞬間的に接触不良を生じた場合のように、測定電極２
における接触状態に一時的な異常を発生した場合、アナ
ログ回路により構成された皮膚インピーダンス測定部３
から出力されるＳＩＲ信号は、図３に示すように接触状
態が正常になった後にも所定の不安定期間において異常
な値をとり、この不安定期間におけるＳＩＲ信号を後の
処理に用いることは適当でない。また、測定電極２にお
ける接触状態に異常を生じた場合には、ＳＩＬ信号の値
は、皮膚インピーダンス測定部３が取り得る最大値また
は最小値となる。

【００２９】そこで、ＣＰＵは、ｓ２においてＳＩＬ信
号を予め設定された上限値ＳＩＬｍａｘ及び下限値ＳＩ
Ｌｍｉｎと比較し、ＳＩＬ信号が上限値ＳＩＬｍａｘま
たは下限値ＳＩＬｍｉｎを超えた場合に測定電極２にお
ける接触状態に異常を生じたと判断し、不安定期間に入
力されたＳＩＲ信号を後の処理に用いないようにしてい
る。

【００３０】ＣＰＵは、ＳＩＬ信号が上限値ＳＩＬｍａ
ｘ及び下限値ＳＩＬｍｉｎの範囲外である場合には、皮
膚インピーダンス測定部３から入力されたＳＩＲ信号を
用いて閾値算出処理を実行する（ｓ７）。この閾値算出
処理の詳細を図４のフローチャートに示す。閾値算出処
理において、ＣＰＵは、先ず、閾値算出に用いるデータ
の初期設定を行う（ｓ２１）。ｓ２１において初期設定
されるデータとしては、例えば、ＳＩＲ信号の入力回数
を計数するカウンタＣの計数値ｎ、ＳＩＲ信号の最大値
ＳＩＲｍａｘ並びに移動平均値ＡＶＥ、最大値ＳＩＲｍ
ａｘから減算する減算値の算出に用いる減算率α、最大
値ＳＩＲｍａｘと移動平均値ＡＶＥとの範囲内における
閾値ＴＨの値を特定する比率β、及び、パルスノイズ除
去に用いる３回分のＳＩＲ信号の変化比較量ＮＯＩＳＥ
等がある。

【００３１】ＣＰＵは、次いで、皮膚インピーダンス測
定部３からＳＩＲ信号を今回の測定値ＳＩＲｎｅｗとし
て読み取る（ｓ２２）。ＣＰＵは少なくとも前回の測定
値ＳＩＲｐｒｅ及び前々回の測定値ＳＩＲｏｌｄを記憶
しており、今回の測定値ＳＩＲｎｅｗを含めた前３回の
測定値を用いてパルスノイズの除去処理を行う（ｓ２
３，ｓ２４）。このパルスノイズの除去処理では、ＣＰ
Ｕは、前々回の測定値ＳＩＲｏｌｄと前回の測定値ＳＩ
Ｒｐｒｅとの差の絶対値、及び、前回の測定値ＳＩＲｐ
ｒｅと今回の測定値ＳＩＲｎｅｗとの差の絶対値を算出
し、２つの絶対値の和が予め設定された変化比較量ＮＯ
ＩＳＥを超えるか否か、及び、２つの差の符号の異同を
チェックする（ｓ２３）。ｓ２３において２つの絶対値
の和が変化比較量ＮＯＩＳＥを超え、かつ、２つの差が
逆符号である場合には、前回の測定値ＳＩＲｐｒｅを前
々回の測定値ＳＩＲｏｌｄと今回の測定値ＳＩＲｎｅｗ
との平均値にする（ｓ２４）。

【００３２】皮膚インピーダンス測定部３から出力され
るＳＩＲ信号には、外乱の影響によりパルス状の波形を
生じる場合がある。このパルスノイズの波形が後述する
凸波形部の検出に用いる閾値を超えた場合、後の処理に
おいて、皮膚インピーダンス信号に凸波形部を生じたと
誤検出してしまう。そこで、ＣＰＵは、ｓ２３及びｓ２
４の処理により、図５（Ａ）に示すように、今回を含む
前３回の測定値がＳＩＲｏｌｄ１→ＳＩＲｐｒｅ１→Ｓ
ＩＲｎｅｗ１のように増加（または減少）→減少（また
は増加）の状態で変化し、この間における変化量が比較
変化量ＮＯＩＳＥを超える場合に、中間のＳＩＲｐｒｅ
１をＳＩＲｏｌｄ１とＳＩＲｎｅｗ１との平均値ＳＩＲ
ｐｒｅ１′にすることにより、外乱の影響による凸波形
部の誤検出を生じないようにしている。

【００３３】なお、ＳＩＲｏｌｄ２→ＳＩＲｐｒｅ２→
ＳＩＲｎｅｗ２のように増加（または減少）→減少（ま
たは増加）の状態で変化してもこの間における変化量が
比較変化量ＮＯＩＳＥを超えない場合（図５（Ｂ）参
照）、または、ＳＩＲｏｌｄ３→ＳＩＲｐｒｅ３→ＳＩ
Ｒｎｅｗ３のようにこの間の変化量が比較変化量ＮＯＩ
ＳＥを超えても増加（または減少）→増加（または減
少）の状態で変化する場合（図５（Ｃ）参照）には、Ｃ
ＰＵはｓ２４の処理を実行しない。即ち、ｓ２４の処理
は、外乱の影響によって皮膚インピーダンス信号に急激
なパルス状の変化を生じた場合にのみ実行される。

【００３４】この後、ＣＰＵは、ＳＩＲ信号の入力回数
を計数するカウンタＣの計数値ｎをインクリメントする
とともに（ｓ２５）、前回の測定値ＳＩＲｐｒｅを用い
て測定値の移動平均ＡＶＥを算出する（ｓ２６）。さら
に、ＣＰＵは、前回の測定値ＳＩＲｐｒｅを測定値の最
大値ＳＩＲｍａｘと比較し（ｓ２７）、前回の測定値Ｓ
ＩＲｐｒｅが測定値の最大値ＳＩＲｍａｘより大きい場
合には前回の測定値ＳＩＲｐｒｅにより測定値の最大値
ＳＩＲｍａｘを更新し（ｓ２８）、前回の測定値ＳＩＲ
ｐｒｅが測定値の最大値ＳＩＲｍａｘより小さい場合に
は測定値の最大値ＳＩＲｍａｘを減算する（ｓ２９）。

【００３５】そして、ＣＰＵは、測定値の最大値ＳＩＲ
ｍａｘと移動平均値ＡＶＥとの範囲内において、予め設
定された比率βによって定められる値を閾値ＴＨとする
（ｓ３０）。ＣＰＵは、以上のようにして算出した閾値
ＴＨを後述の処理により個数γだけバッファに格納する
とともに、前回の測定値ＳＩＲｐｒｅの値により前々回
の測定値ＳＩＲｏｌｄを更新し、今回の測定値ＳＩＲｎ
ｅｗの値により前回の測定値ＳＩＲｐｒｅを更新する
（ｓ３１）。

【００３６】以上の処理により、ＣＰＵは、測定値がそ
れまでの最大値を超えて変化した場合には測定値の最大
値ＳＩＲｍａｘを更新的に記憶するとともに、皮膚イン
ピーダンス信号に大きな変化が現れない状態では記憶し
ている測定値の最大値ＳＩＲｍａｘを徐々に減少させ、
測定値の最大値ＳＩＲｍａｘと移動平均値ＡＶＥとの範
囲内に閾値ＴＨを設定する。ｓ２９において測定値の最
大値ＳＩＲｍａｘを徐々に減少させるのは、測定値が一
旦最大値を取ったのちに低い値に安定した場合に、最大
値を一定にしたままで閾値ＴＨの算出を行うと、十分に
低い値に安定している移動平均値ＡＶＥに閾値ＴＨを接
近させることができなくなるため、このような状況にお
いて閾値ＴＨを素早く移動平均値ＡＶＥの値に近づける
ためである。

【００３７】ＣＰＵは、閾値算出処理を終了すると、バ
ッファに格納しているγ個の閾値ＴＨのうちで最も古い
データを読み出し（ｓ８）、今回の計測値ＳＩＲｎｅｗ
と比較する（ｓ９）。ＣＰＵは、今回の計測値ＳＩＲｎ
ｅｗが閾値ＴＨを超えた場合に出力データの内容を
“１”にし（ｓ１０）、今回の計測値ＳＩＲｎｅｗが閾
値ＴＨ以下の場合に出力データの内容を“０”にする
（ｓ１１）。さらに、ＣＰＵは、ｓ９の比較において使
用した閾値をバッファから消去し、ｓ７の閾値算出処理
で算出した閾値を新たにバッファに書き込む（ｓ１
２）。

【００３８】以上の処理により、制御部４は、皮膚イン
ピーダンスの測定値の最大値と移動平均値との間におい
て設定した閾値と今回の測定値との比較結果に基づい
て、皮膚インピーダンス信号における凸波形部を検出す
る。このため、凸波形部の検出のための閾値を皮膚イン
ピーダンスの変化に対応してリアルタイムで変化させる
ことができ、皮膚インピーダンスの測定結果の個人差、
日内偏差及び外乱の影響を受けることなく、被測定者の
精神状態を表す指標として用いられる皮膚インピーダン
ス信号中の凸波形部を正確に検出することができる。

【００３９】即ち、図６（Ａ）及び（Ｂ）のそれぞれに
示す第１及び第２の被測定者のいずれのＳＩＲ信号に対
しても、ＳＩＲ信号の変化に応じて閾値を変化させるこ
とができる。このため、皮膚インピーダンス信号におけ
る凸波形部のピーク値に大きな差がある第１及び第２の
被測定者のいずれに対しても、皮膚インピーダンス信号
における凸波形部を確実に検出することができる。ま
た、図６（Ｃ）に示すように、測定電極３が掌との接触
不良を起こすことにより皮膚インピーダンス信号値中に
生じた外乱ノイズ、及び、外部信号により皮膚インピー
ダンス信号値中に生じたパルスノイズによって閾値が変
動することはなく、また、これら外乱ノイズ及びパルス
ノイズを皮膚インピーダンス信号中の凸波形部と誤検出
することもない。

【００４０】なお、制御部４から出力されるデータは、
例えば、一定時間内における“１”の出力データ数を比
較することにより一定時間内における精神の安定状態を
競うゲーム機に用いることができ、また、一定時間内に
おける“１”の出力データ数の計数値が基準値を超えた
場合に操作中の装置の動作を停止する安全機構にも用い
ることができる。

【００４１】図７は、上記皮膚インピーダンス測定装置
を含むゲーム機の構成を示す図である。ゲーム機１１
は、測定電極１２、皮膚インピーダンス測定部１３、制
御部１４、表示部１５及び操作部１６によって構成され
る。測定電極１２及び皮膚インピーダンス測定部１３
は、図１に示した測定電極２及び皮膚インピーダンス測
定部３と同一である。制御部１４は、例えば、ＲＯＭ及
びＲＡＭを備えたＣＰＵにより構成され、前述の図２及
び図４の処理により皮膚インピーダンス信号において凸
波形部を検出するとともに、この凸波形部の検出結果に
基づいて後述する処理によりゲーム制御データを出力す
る。表示部１５は、ＣＲＴやＬＣＤ等のディスプレイを
含み、ディスプレイにゲーム画面を表示する。操作部１
６は、キーボード、マウスまたはジョイスティク等のマ
ンマシンインタフェースを含み、遊戯者の操作入力を受
け付ける。

【００４２】なお、汎用のパーソナルコンピュータにＣ
Ｄ−ＲＯＭ等の記憶媒体を介して後述する処理プログラ
ムを搭載することより、上記の制御部１４、表示部１５
及び操作部１６を汎用のパーソナルコンピュータによっ
て構成することができる。

【００４３】図８は、上記ゲーム機の表示部に含まれる
ディスプレイの表示画面の一例を示す図である。ゲーム
実行中のディスプレイ２０には、複数のターゲット円２
１及び照準２２が表示される。このゲームでは、マウス
等の操作により照準２２を画面中を移動するターゲット
円２１に一致させて所定のキー操作を行うことにより加
点される。このとき、皮膚インピーダンス信号における
凸波形部の検出結果に基づいてターゲット円２１の大き
さ及び移動範囲を変化させる。

【００４４】具体的には、画面中におけるターゲット円
２１の大きさＳ及び位置座標ｘ，ｙを、例えば、Ｓ＝２００−Ｄ・・・（１）式ｘ＝Ｄ×ｓｉｎ（Ａ・ｒａｄ）・・・（２）式ｙ＝Ｄ×ｃｏｓ（Ｂ・ｒａｄ）・・・（３）式により決定する。したがって、ターゲット円２１の大き
さＳ及び位置座標ｘ，ｙはパラメータＤの値に応じて変
化する。制御部１４において、皮膚インピーダンス測定
部１３から入力される測定値に基づいてパラメータＤを
算出する。上記（２）式及び（３）式において、Ａ及び
Ｂは任意の定数であり、ｒａｄは０〜３６０の範囲にお
いて一定の割合で変化する変数である。

【００４５】図９は、上記ゲーム機における制御部の処
理手順を示すフローチャートである。制御部１３のＣＰ
Ｕは、先ず、各データの初期設定を行う（ｓ４１）。ｓ
４１で初期設定されるデータとしては、凸波形部の出現
時間間隔の測定に用いる今回の出現時刻データＴｎｅｗ
並びに前回の出現時刻データＴｏｌｄ、パラメータＤの
算出に用いられるσ並びにδ、及び、基準値Ｔ等があ
る。次いで、ＣＰＵは、現在時刻を読み出して今回の出
現時刻データＴｎｅｗの内容とし（ｓ４２）、皮膚イン
ピーダンス信号における凸波形部の検出処理を実行する
（ｓ４３）。この凸波形部の検出処理は、前述の図２及
び図４に示した処理と同様の処理とすることができ、こ
こではその詳細な説明は省略する。

【００４６】ＣＰＵは、ｓ４３の処理において、凸波形
部を検出した場合には、今回の出現時刻Ｔｎｅｗと前回
の出現時刻Ｔｏｌｄとの差を予め設定された基準値Ｔと
比較する（ｓ４４，ｓ４５）。ｓ４５において今回の出
現時刻Ｔｎｅｗと前回の出現時刻Ｔｏｌｄとの差が基準
値Ｔより大きい値であれば、パラメータＤの変更処理を
実行する（ｓ４６）。パラメータＤは今回の出現時刻Ｔ
ｎｅｗと前回の出現時刻Ｔｏｌｄとの差、即ち、ピーク
間隔によって決定される。さらに、ＣＰＵは、前回の出
現時刻Ｔｏｌｄを今回の出現時刻Ｔｎｅｗで更新し（ｓ
４７）、パラメータＤの値から“１”を減算する（ｓ４
８）。このｓ４８の処理は、ｓ４３の凸波形部検出処理
において凸波形部を検出しなかった場合、即ち、皮膚イ
ンピーダンス信号のピークとピークとの間においてもパ
ラメータＤの値を変更するための処理である。

【００４７】この後、ＣＰＵは、パラメータＤの値が負
の値になった場合には、パラメータＤの値を“０”にし
（ｓ４９，ｓ５０）、パラメータＤの値が“０”である
期間を計時するカウンタＥの計数値ｅをインクリメント
する（ｓ５１）。このカウンタＥの計数値ｅが所定値ω
を超えると、ＣＰＵは、パラメータＤの値として“０”
から“σ”までの乱数を設定し（ｓ５２，ｓ５３）、カ
ウンタＥの計数値ｅを“０”にして（ｓ５４）、パラメ
ータＤを出力する（ｓ５５）。

【００４８】以上の処理により、制御部１３は、図１０
（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ＳＩＲ信号が閾値を超
えるピーク値をとったときに、前回のピーク値との時間
間隔に応じた大きさの制御パラメータを出力する。この
制御パラメータの大きさは、ｓ４６の処理により、ＳＩ
Ｒ信号におけるピーク間隔が長くなるにしたがって小さ
くされる。また、ｓ４８の処理により、出力する制御パ
ラメータの値を徐々に小さくすることによって制御パラ
メータは三角波形のデータとなる。このため、図１０
（Ｃ）に示すように、ＳＩＲ信号において時間間隔が極
めて接近した複数の凸波形部は１つのピーク波形とされ
るため、掌における発汗が所定の時間的間隔をおいて生
じるという実状に則した状態で制御パラメータを出力す
ることができる。

【００４９】このように、制御部１３は、遊戯者の掌の
皮膚インピーダンス信号におけるピーク間隔に応じてパ
ラメータＤを算出し、このパラメータＤの値を用いて前
述の（１）式〜（３）式により、ディスプレイ２０にお
いて表示するターゲット円２１の大きさＳ及び表示座標
ｘ，ｙを決定する。上述の処理では、原則として皮膚イ
ンピーダンス信号におけるピーク間隔が長くなるにした
がってパラメータＤの値が小さくなり、ターゲット円２
１の大きさが大きくなるとともに、移動範囲が狭くなる
傾向にある。

【００５０】一方、掌の皮膚インピーダンス信号におけ
るピーク間隔は、被測定者の精神の安定状態を表す指標
となることが知られており、被測定者の精神が安定した
状態では皮膚インピーダンス信号におけるピーク間隔は
長くなる傾向にある。したがって、このゲーム機では、
遊戯者の精神が安定している程照準２２をターゲット円
２１に一致させ易くなり、高得点が得られることにな
る。

【００５１】但し、上記ｓ４９〜ｓ５４の処理により、
皮膚インピーダンス信号におけるピークが所定期間以上
継続して出現しない場合には、乱数処理によってパラメ
ータＤの値が設定され、ディスプレイ２０に表示される
ターゲット円２１が小さくされるとともに、その移動範
囲が拡大され、ゲームの趣向が損なわれることはない。

【００５２】なお、前述のように、パラメータＤの算出
に用いられる皮膚インピーダンス信号のピーク間隔の検
出処理は、図２及び図４において説明した処理により実
行される。即ち、ゲーム機１１においても、皮膚インピ
ーダンスの測定値の最大値と移動平均値との間において
設定した閾値と今回の測定値との比較結果に基づいて皮
膚インピーダンス信号のピークが検出される。このた
め、ゲーム機１１においても、皮膚インピーダンス信号
のピークを検出するための閾値は皮膚インピーダンスの
変化に対応してリアルタイムで設定される結果、皮膚イ
ンピーダンス信号のピークは皮膚インピーダンスの測定
結果の個人差、日内偏差及び外乱の影響を受けることな
く正確に検出される。このことから、ゲーム機１１にお
けるゲームの難易度を、遊戯者の精神の安定状態に的確
に対応させて変化させることができる。

【００５３】

【発明の効果】請求項１及び７に記載した発明によれ
ば、一定のサンプリング周期で入力される皮膚インピー
ダンスの測定値の移動平均値を算出し、算出した移動平
均値と測定値の最大値との範囲内に閾値を設定し、この
閾値を超える測定値が入力された場合に皮膚インピーダ
ンスの測定信号における凸波形部と判断することによ
り、皮膚インピーダンスの測定値が入力される毎に今回
の測定値及び過去の測定結果に基づいて測定値と比較さ
れる閾値を設定し、凸波形部の検出のための閾値を皮膚
インピーダンスの変化に対応させてリアルタイムで変化
させることができ、皮膚インピーダンスの測定結果の個
人差、日内偏差及び外乱の影響を受けることなく、皮膚
インピーダンス信号中の凸波形部を正確に検出すること
ができる。

【００５４】請求項２及び８に記載した発明によれば、
今回を含む前３回の測定値がパルス状に大きく変化した
場合、前回の測定値を前々回の測定値と今回の測定値と
の平均値にすることにより、３回の測定値からパルス状
の変化を除去することができ、パルスノイズを凸波形部
と誤検出することを確実に防止できる。

【００５５】請求項３及び９に記載した発明によれば、
皮膚インピーダンスの測定値が上限値または下限値を超
えると、所定時間が経過するまで閾値の設定及び凸波形
部の検出を行わないようにし、皮膚インピーダンスの変
動信号に生じる不安定期間において閾値を超える測定値
を凸波形部と誤検出することを確実に防止できる。

【００５６】請求項４及び１０に記載した発明によれ
ば、今回の測定値が最大値を超えなかった場合に、最大
値と移動平均値との差に基づいて算出された値を最大値
から減算することにより、閾値をピーク値から素早く下
降させることができ、連続する複数の凸波形部のそれぞ
れを確実に検出することができる。

【００５７】請求項５及び１１に記載した発明によれ
ば、皮膚インピーダンスの測定値の移動平均値と最大値
とに基づいて設定した閾値を用いて皮膚インピーダンス
信号における凸波形部を検出し、この凸波形部の出現時
間間隔に基づいて制御パラメータを設定することによ
り、被測定者の精神の安定状態を的確に反映して被測定
者が操作するゲーム機等の装置を制御することができ
る。

【００５８】請求項６及び１２に記載した発明によれ
ば、皮膚インピーダンス信号において長時間凸波形部を
検出しない場合に、任意の制御パラメータを設定するこ
とにより、被測定者の精神の安定状態を検出することが
できない場合であっても、被測定者が操作するゲーム機
等の装置を制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態の一例である皮膚インピー
ダンス測定装置の構成を示すブロック図である。

【図２】皮膚インピーダンス測定装置の制御部における
凸波形部の検出処理に係る処理手順を示すフローチャー
トである。

【図３】同文書要約装置のディスプレイに表示される初
期画面の一例を示す図である。

【図４】同皮膚インピーダンス測定装置の制御部におけ
る閾値算出処理の詳細を説明するフローチャートであ
る。

【図５】同閾値算出処理においてパルスノイズの影響を
除去するための処理状態を説明する図である。

【図６】同閾値算出処理によって算出された閾値の変化
状態を説明する図である。

【図７】この発明の実施形態に係る皮膚インピーダンス
制御方法を用いたゲーム機の構成を示す図である。

【図８】同ゲーム機のディスプレイに表示される表示画
面の一例を示す図である。

【図９】同ゲーム機の制御部における処理手順の一部を
示すフローチャートである。

【図１０】同ゲーム機の制御部から出力される制御パラ
メータの出力状態を説明する図である。

【符号の説明】

１−皮膚インピーダンス測定装置２，１２−測定電極３，１３−皮膚インピーダンス測定部４，１４−制御部１５−表示部１６−操作部２０−ディスプレイ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の電極間における皮膚インピーダンス
の測定信号中の凸波形部を検出し、この検出結果を出力
する皮膚インピーダンス測定方法において、一定のサンプリング周期で皮膚インピーダンスの測定値
が入力される毎に、測定値の移動平均値を算出するとと
もに、測定値の最大値を更新的に記憶する第１の処理
と、算出した移動平均値と測定値の最大値との範囲内に
閾値を設定する第２の処理と、設定した閾値を超える測
定値が入力された場合に皮膚インピーダンスの測定信号
に凸波形部を生じたと判断する第３の処理と、を含むこ
とを特徴とする皮膚インピーダンス測定方法。
【請求項２】前記第１〜３の処理の前に、前々回の測定
値から前回の測定値を経て今回の測定値までの変化量が
予め定められた基準値を超え、かつ、前々回の測定値及
び今回の測定値の差の符号と前回の測定値及び今回の測
定値の差の符号とが逆である場合に、前回の測定値を前
々回の測定値と今回の測定値との平均値にする処理を含
む請求項１に記載の皮膚インピーダンス測定方法。
【請求項３】皮膚インピーダンスの測定値が予め定めら
れた上限値または下限値を超えた時に所定時間の経過を
待機する処理を含む請求項１または２に記載の皮膚イン
ピーダンス測定方法。
【請求項４】前記第１の処理が、今回の測定値により最
大値を更新しない場合に、最大値と移動平均値との差に
基づいて算出した減算値を最大値から減算する処理を含
む請求項１〜３のいずれかに記載の皮膚インピーダンス
測定方法。
【請求項５】前記第３の処理の後に、皮膚インピーダン
ス信号における凸波形部の出現時間間隔を算出する処
理、及び、算出した凸波形部の出現時間間隔に基づいて
制御パラメータを設定する処理を含む請求項１〜４のい
ずれかに記載の皮膚インピーダンス測定方法。
【請求項６】前記凸波形部の出現時間間隔に基づく信号
を出力処理が、所定時間を超えて凸波形部が検出されな
い場合に任意の制御パラメータを設定する処理を含む請
求項１から５のいずれかに記載の皮膚インピーダンス測
定方法。
【請求項７】複数の電極間における皮膚インピーダンス
の測定信号中の凸波形部を検出し、この検出結果を出力
する皮膚インピーダンス測定装置において、一定のサンプリング周期で皮膚インピーダンスの測定値
が入力される毎に、測定値の移動平均値を算出するとと
もに、測定値の最大値を更新的に記憶する第１の処理
と、算出した移動平均値と測定値の最大値との範囲内に
閾値を設定する第２の処理と、設定した閾値を超える測
定値が入力された場合に皮膚インピーダンスの測定信号
に凸波形部を生じたと判断する第３の処理と、をこの順
に実行する制御部を設けたことを特徴とする皮膚インピ
ーダンス測定装置。
【請求項８】前記制御部が、前記１〜３の処理の前に、
前々回の測定値から前回の測定値を経て今回の測定値ま
での変化量が予め定められた基準値を超え、かつ、前々
回の測定値及び今回の測定値の差の符号と前回の測定値
及び今回の測定値の差の符号とが逆である場合に、前回
の測定値を前々回の測定値と今回の測定値との平均値に
する処理を実行する請求項７に記載の皮膚インピーダン
ス測定装置。
【請求項９】前記制御部が、皮膚インピーダンスの測定
値が予め定められた上限値または下限値を超えた時から
所定時間内において前記処理を実行しない請求項７また
は８に記載の皮膚インピーダンス測定装置。
【請求項１０】前記制御部が、第１の処理において今回
の測定値により測定値の最大値を更新しない場合に、最
大値と移動平均値との差に基づいて算出した減算値を最
大値から減算する処理を実行する請求項７〜９のいずれ
かに記載の皮膚インピーダンス測定装置。
【請求項１１】前記制御部が、第３の処理の後に、皮膚
インピーダンス信号における凸波形部の出現時間間隔を
算出する処理、及び、算出した凸波形部の出現時間間隔
に基づいて制御パラメータを設定する処理を実行する請
求項７〜１０のいずれかに記載の皮膚インピーダンス測
定装置。
【請求項１２】前記制御部が、凸波形部の出現時間間隔
に基づく信号を出力する処理において、所定時間を超え
て凸波形部が検出されない場合に任意の制御パラメータ
を設定する処理を実行する請求項１１に記載の皮膚イン
ピーダンス測定装置。