(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体に装着される装具と、
前記装具に回動可能に設けられ、前記装具に装着される側の第１の面と、前記第１の面に対して表裏対向する第２の面とを有する回動部と、
前記回動部の前記第２の面に対してそれぞれ斜めに突出して設けられた複数の電極端子と、
前記回動部の回動を駆動する駆動機構と、
前記電極端子において検出される接触抵抗に応じて前記駆動機構を制御する制御部と
を具備する生体信号検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の生体信号検出装置であって、
前記回動部は、前記第１の面と前記第２の面の各中心点を結ぶ直線を軸として回動可能とされ、
前記電極端子は、前記第１の面と前記第２の面の各中心点を結ぶ直線に対して互いに回転対称性を持つように設けられ、
前記複数の電極端子の、前記第１の面から先端までの距離が同一または略同一である
生体信号検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の生体信号検出装置であって、
前記電極端子は、電解液が含浸された保液性材料からなる
生体信号検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の生体信号検出装置であって、
前記電極端子は、弾性を有する材料からなる
生体信号検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人又は動物の毛髪を有する部位において皮膚に接触し、生体信号を検出するための生体信号検出電極及び当該電極を備えた生体信号検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体の健康状態等を把握するために、脳波あるいは筋電図のような電気的な信号（生体信号）を分析することは広く行われている。このような生体信号の測定は、測定用電極を人体の測定対象部位に接触させることによって行われることが多い。ここで、測定対象部位が毛髪の生えている部位である場合、測定用電極と皮膚との間に毛髪が挟まることにより、両者の電気的接触が妨げられる場合がある。
【０００３】
このような事情において、毛髪が存在する部位において生体信号を取得するための電極を備えた生体信号の測定装置が検討されている。例えば特許文献１には、束ねた銀線を脳波測定用の電極とする「脳波測定用ヘッドセット」が記載されている。銀線の間に電解液を含浸させ、ユーザの頭部に接触させる構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−２３１６２１号公報（第３項右上、図７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の電極は上述のように束ねた銀線から構成されているため、ユーザの頭部に接触させた際に痛みを生じるおそれがある。また、銀線は緻密に束ねられており、有効に毛髪を回避して頭皮に接触できない場合が考えられる。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、毛髪を避けて皮膚に接触させることが可能な生体信号検出電極を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る生体信号検出電極は、回動部と、複数の電極端子とを具備する。
上記回動部は、生体に装着可能な装具に回動可能に設けられ、上記装具に装着される側の第１の面と、上記第１の面に対して表裏対向する第２の面とを有する。
上記複数の電極端子は、上記回動部の上記第２の面に対してそれぞれ斜めに突出して設けられている。
【０００８】
この構成によれば、回動部が回動することによって、第２の面に対して斜めに突出して設けられている電極端子が毛髪を掻き分け、電極端子が皮膚に有効に接触することが可能となる。
【０００９】
上記回動部は上記第１の面と上記第２の面の各中心点を結ぶ直線を軸として回動可能とされ、上記電極端子は、上記第１の面と上記第２の面の各中心点を結ぶ直線に対して互いに回転対称性を持つように設けられ、上記複数の電極端子の、上記第１の面から先端までの距離が同一または略同一であってもよい。
【００１０】
この構成によれば、複数の電極端子の先端が揃うことによって、電極端子が皮膚に接触した際の応力が分散し、各電極端子が皮膚に有効に接触することが可能となる。
【００１１】
上記電極端子は、電解液が含浸された保液性材料からなるものであってもよい。
【００１２】
この構成によれば、電極端子が皮膚に接触することにより、電極端子に含浸されている電解液が皮膚に染み出し、電極端子と皮膚を電気的に接触させることが可能である。
【００１３】
上記電極端子は、、弾性を有する材料からなるものであってもよい。
【００１４】
この構成によれば、電極端子が皮膚の形状に応じて変形し、皮膚に密着することが可能となる。
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る生体信号検出措置は、装具と、回動部と、電極端子とを具備する。
上記装具は、生体に装着される。
上記回動部は、上記装具に回動可能に設けられ、上記装具に装着される側の第１の面と、上記第１の面に対して表裏対向する第２の面とを有する。
上記複数の電極端子は、上記回動部の上記第２の面に対してそれぞれ斜めに突出して設けられている。
【００１６】
この構成によれば、回動部が回動することによって、第２の面に対して斜めに突出して設けられている電極端子が毛髪を掻き分け、電極端子が皮膚に有効に接触することが可能となる。
【００１７】
上記生体信号検出装置は、上記支持部の回動を駆動する駆動機構と、上記端子において検出される接触抵抗に応じて上記駆動機構を制御する制御部とをさらに具備してもよい。
【００１８】
この構成によれば、制御部が接触抵抗により電極端子と皮膚との接触の程度を判定し、回動部の回動を制御することにより、自動的に電極端子を皮膚に良好に接触させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように本発明によればは、毛髪を避けて皮膚に接触させることが可能な生体信号検出電極を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る生体信号検出装置を示す斜視図である。
【図２】同生体信号検出装置の頭頂部電極を示す斜視図である。
【図３】同生体信号検出装置の支持部を除いた頭頂部電極を示す斜視図である。
【図４】同生体信号検出装置の頭頂部電極の電極端子の構成を示す平面図である。
【図５】同生体信号検出装置の頭頂部電極の電極端子の構造を示す断面図である
【図６】同生体信号検出装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図７】同生体信号検出装置の信号処理部の回路構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る生体信号検出装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図９】同生体信号検出装置の動作を示すフローである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について説明する。
【００２２】
[生体信号検出装置の構成]
図１は、本発明の第１の実施形態に係る生体信号検出装置１を示す斜視図である。
【００２３】
生体信号検出装置１は、ユーザの頭部に支持されるヘッドバンド２１を有し、ヘッドバンド２１には頭頂部電極２２、後頭部電極２３、右眼電電極２４、左眼電電極２５、右基準電極２６、左基準電極２７及び筐体２９が設けられている。
【００２４】
ヘッドバンド２１はユーザの額から頭頂部を経て後頭部に到る部材であり、ユーザの頭部に適合する形状、例えば円弧状に形成されている。ヘッドバンド２１は弾力性を有し、この弾力性によってユーザの頭部に支持される。ヘッドバンド２１には、右眼電電極２４、左眼電電極２５、右基準電極２６及び左基準電極２７を支持するためのアーム２１ａがそれぞれ形成されている。なお、ヘッドバンド２１の形状は適宜変更することが可能である。
【００２５】
頭頂部電極２２はユーザの頭頂部に接触する電極であり、後頭部電極２３はユーザの後頭部に接触する電極である。頭頂部電極２２及び後頭部電極２３はユーザの脳波（ＥＥＧ：electroencephalogram）を測定するための電極である。頭頂部電極２２及び後頭部電極２３は、ユーザの頭部、即ち頭髪の生えている部位に接触するものであるので、これらの電極が有効に脳波を取得するためには、頭髪を避けて頭皮に接触している必要がある。このための頭頂部電極２２及び後頭部電極２３の詳細な構成については後述する。
【００２６】
右眼電電極２４は、ユーザの右こめかみに接触する電極であり、導電性材料からなる平板状の電極とすることができる。右眼電電極２４は、生体信号検出装置１がユーザの頭部に装着された場合に、ヘッドバンド２１からユーザの右こめかみに向かって伸びるアーム２１ａに設けられている。左眼電電極２５は、ユーザの左こめかみに接触する電極であり、同様に導電性材料からなる平板状の電極とすることができる。左眼電電極２５は、生体信号検出装置１がユーザの頭部に装着された場合に、ヘッドバンド２１からユーザの左こめかみに向かって伸びるアーム２１ａに設けられている。右眼電電極２４及び左眼電電極２５は、ユーザの眼球運動（ＥＯＧ：electrooculogram）を測定するための電極である。
【００２７】
右基準電極２６は、ユーザの耳朶の裏側に接触する電極であり、導電性材料からなる平板状の電極とすることができる。右基準電極２６は、生体信号検出装置１がユーザの頭部に装着された場合に、ヘッドバンド２１からユーザの右耳に向かって伸びるアーム２１ａに設けられている。右基準電極２６には、耳朶の表側に回りこんで右基準電極２６と共に耳朶を挟持するための耳朶挟持部２６ａが設けられている。左基準電極２７は、ユーザの耳朶に接触する電極であり、導電性材料からなる平板状の電極とすることができる。左基準電極２７は、生体信号検出装置１がユーザの頭部に装着された場合に、ヘッドバンド２１からユーザの左耳に向かって伸びるアーム２１ａに設けられている。左基準電極２７には、耳朶の表側に回りこんで左基準電極２７と共に耳朶を挟持するための耳朶挟持部２７ａが設けられている。
【００２８】
筐体２９は、ヘッドバンド２１がユーザの頭部に装着される際にその妨げとならないようにヘッドバンド２１に配置される。筐体２９には、プロセッサやメモリ、通信インターフェイス等の電装部品が収容されている。ヘッドバンド２１や各アーム２１ａには図示しない配線が設けられ、各電極とこれらの電装部品とを接続している。
【００２９】
[頭頂部電極及び後頭部電極の構成]
頭頂部電極２２及び後頭部電極２３の詳細な構成について説明する。なお、頭頂部電極２２と後頭部電極２３の構成は同一であるので、以下、特に頭頂部電極２２について説明する。
【００３０】
図２は頭頂部電極２２の構成を示す斜視図である。
同図に示すように、頭頂部電極２２は、基部３０、４本の電極端子３１及び支持部３２を有する。基部３０はヘッドバンド２１に接続されている。電極端子３１は、それぞれ基部３０に設けられている。また、基部３０には、電極端子３１を部分的に覆う支持部３２が設けられている。図３は支持部３２を除いた頭頂部電極２２を示す斜視図である。
【００３１】
基部３０は、導電性材料からなる平板状の部材である。基部３０は、ヘッドバンド２１に対して回動自在に支持されている。これにより、頭頂部電極２２はユーザによって回動されることができる。また、後述するが、基部３０は、モータ等の回転動力源あるいは機械的機構によって回動されるものとすることも可能である。基部３０がヘッドバンド２１に対して回動することにより頭頂部電極２２全体がヘッドバンド２１に対して回動する。基部３０には図示しない配線が設けられ、筐体２９に収容されている電装部品に接続されている。
【００３２】
支持部３２は、基部３０に固定され、各電極端子３１の少なくとも頭頂部が露出するように電極端子３１を被覆する。支持部３２は、伸縮性のある材料例えばポリウレタン等から形成されている。支持部３２は円柱形状、円錐台形状等の任意の形状とすることができる。
【００３３】
基部３０と支持部３２により回動部３５が構成されている。回動部３５はヘッドバンド２１に対して複数の電極端子３１と共に回動する。回動部３５のヘッドバンド２１側の面が第１の面３５ａであり、その反対側の面が第２の面３５ｂである。回動部３５の回転軸は、第１の面３５ａの中心点と第２の面３５ｂの中心点を結ぶ直線であり、図２に線Ｌとして示す。
【００３４】
電極端子３１は、基部３０の第１の面に形成された棒状の部材である。図４は、電極端子３１の構成を示す平面図である。図４（ａ）は上面図であり、図４（ｂ）は側面図である。電極端子３１は本実施形態では４本が形成されているが、３本あるいは５本以上等、その数は適宜変更することが可能である。電極端子３１は、第２の面３５ｂ上に、線Ｌを回転中心とする回転対称性をもつようにそれぞれ斜めに突出して設けられている。
【００３５】
具体的には、電極端子３１は、複数の電極端子３１の先端が位置する平面に対して所定の角度で傾斜しており、その傾斜方向は、各電極端子３１において頭頂部電極２２の回動方向に沿った方向とすることができる。なお、頭頂部電極２２の回動は時計回り及び半時計回りのいずれも可能であるが、電極端子３１の傾斜方向はいずれか一方の回動方向である。
【００３６】
各電極端子３１は、第１の面３５ａから先端までの距離が同一または略同一となるように構成されている。これにより、電極端子３１の先端が同一平面上に揃い、生体信号検出装置１がユーザの頭部に接触する際に電極端子３１に加わる応力を均一とすることができる。また、各電極端子３１の傾斜角度は同一とすることができる。これにより、各電極端子３１の皮膚への接触角度が同程度となり、各電極端子３１が皮膚に有効に接触することが可能となる。
【００３７】
電極端子３１の構造について説明する。図５は電極端子３１の構造を示す断面図である。同図に示すように、電極端子３１は、芯棒３３と、芯棒３３の周囲を被覆する保液部３４とから構成されている。芯棒３３は金属あるいは樹脂等の剛性を有する材料からなるものとすることができる。保液部３４は保液性を有する材料、例えばフェルト、ハードフェルト、ソフトペン替え芯、圧縮繊維性樹脂、多孔質樹脂等からなるものとすることができる。保液部３４には電界液が含浸されている。電界液は例えば、生理食塩水（塩化ナトリウム１％）３０％とグリセリン７０％の溶液とすることができる。
【００３８】
電極端子３１は、芯棒３３及び保液部３４の材料の選択によって、弾性を有するものとすることが可能である。これにより、電極端子３１は接触対象物の形状に応じて変形し、接触対象物に密着することが可能となる。
【００３９】
頭頂部電極２２は以上のように構成されている。また後頭部電極２３も同様に構成されている。頭頂部電極２２及び後頭部電極２３は、上述のようにヘッドバンド２１に対して回動可能に指示されている。頭頂部電極２２及び後頭部電極２３の回動は、ユーザの手によってなされてもよく、ヘッドバンド２１に設けられた図示しない駆動機構、例えばモータ等によってなされてもよい。また、頭頂部電極２２及び後頭部電極２３がヘッドバンド２１に向かって押圧された場合に、押圧力を回動運動に変換する機械的機構によってなされもよい。
【００４０】
本実施形態に係る生体信号検出装置１は、ユーザの頭部に装着されるものとするが、これには限られず、毛髪を有する他の部位に装着されるものとすることも可能である。また、人間以外にも、体毛を有する動物に装着されるものとすることも可能である。このような場合、生体信号検出装置１の形状は用途に合わせて適宜変更される。なお、本実施形態に係る生体信号検出装置１は、人間あるいは動物の毛髪の存在しない部位に使用しても問題はない。
【００４１】
[生体信号検出装置の機能的構成]
図６は、生体信号検出装置１の機能的構成を示すブロック図である。
【００４２】
同図に示すように、生体信号検出装置１は、頭頂部電極２２、後頭部電極２３、右眼電電極２４、左眼電電極２５、右基準電極２６及び左基準電極２７に加え、信号処理部４０と通信インターフェイス（通信ＩＦ４１）とを有する。信号処理部４０及び通信ＩＦ４１は筐体２９に収容されているプロセッサ、メモリ等の電装部品によって構成されている。
【００４３】
頭頂部電極２２、後頭部電極２３、右眼電電極２４、左眼電電極２５、右基準電極２６及び左基準電極２７はヘッドバンド２１に設けられている配線によって信号処理部４０に接続されている。信号処理部４０は通信ＩＦ４１に接続されている。
【００４４】
信号処理部４０の具体的な構成について説明する。図７は、信号処理部４０の回路構成を示すブロック図である。同図に示すように、信号処理部４０は、作動アンプ４２、フィルタ４３、Ａ／Ｄ変換部４４、解析部４５及びメモリ４６を有する。頭頂部電極２２、後頭部電極２３、右眼電電極２４、左眼電電極２５、右基準電極２６及び左基準電極２７は作動アンプ４２に接続されている。作動アンプ４２はフィルタ４３に接続され、フィルタ４３はＡ／Ｄ変換部４４に接続されている。Ａ／Ｄ変換部４４は解析部４５に接続され、解析部４５はメモリ４６に接続されている。メモリ４６は通信ＩＦ４１に接続されている。
【００４５】
作動アンプ４２は、右基準電極２６及び左基準電極２７と頭頂部電極２２及び後頭部電極２３との電位差を生体信号として増幅し、この増幅した生体信号をフィルタ４３に出力する。フィルタ４３には、測定対象とすべき周波数帯域が設定されている。フィルタ４３は設定されている周波数帯域以外の信号成分を除去し、残った信号成分をＡ／Ｄ変換部４４に出力する。
【００４６】
フィルタ４３に設定されている周波数帯域は、例えば、デルタ波（１〜３[Ｈｚ]）、シータ波（４〜７[Ｈｚ]）、アルファ波（８〜１３[Ｈｚ]）、ベータ波（１４〜３０[Ｈｚ]）、ガンマ波（３１〜６４[Ｈｚ]）、オメガ波（６５〜１２８[Ｈｚ]）、ロー波（１２９〜５１２[Ｈ
ｚ]）、シグマ波（５１３〜１０２４[Ｈｚ]）等である。これらの一部又は全部が測定対象の周波数帯域としてフィルタ４３に設定されている。
【００４７】
Ａ／Ｄ変換部４４は、生体信号をデジタル信号に変換し、解析部４５に出力する。解析部４５は生体信号に解析処理を実行する。この解析処理は、例えばユーザの睡眠の程度である睡眠ステージの判定等である。解析部４５は、生体信号や解析結果をメモリ４６に記憶させ、又は通信ＩＦ４１から外部機器に送信させる。
【００４８】
生体信号検出装置１は以上のように構成されている。なお、生体信号検出装置１は上記構成に加え、ユーザの他の部位から生体信号を取得するための追加的な電極を有するものとすることも可能である。
【００４９】
[生体信号検出装置の動作]
生体信号検出装置１がユーザに装着される。なお、生体信号検出装置１は、人間だけではなく、動物（特に体毛を有する動物）に対して用いることも可能である。頭頂部電極２２及び後頭部電極２３は、ユーザの頭部に押圧された状態で回動される。この回動はユーザによってなされてもよく、生体信号検出装置に設けられた駆動機構によってなされてもよい。
【００５０】
頭頂部電極２２及び後頭部電極２３が回動されると、各電極の電極端子３１が頭髪を掻き分けて頭皮に接触する。回動の角度は任意であり、１回転以上でもよく半回転でもよい。電極端子３１は斜めに頭髪を避けることが可能であり、頭皮へ接触し易いものとすることが可能である。また、電極端子３１を弾性を有するものとすることにより頭皮への接触による痛みを防止し、かつ、含浸する電界液により頭皮との電気的接触を良好なものとすることが可能である。
【００５１】
このようにして頭頂部電極２２及び後頭部電極２３がユーザの頭皮に接触する。また、右眼電電極２４及び左眼電電極２５はユーザの頭髪のない被覆に直接接触する。各電極において取得された生体信号は信号処理部４０に出力され、上述のように信号処理部４０において処理された後、通信ＩＦ４１から外部機器に送信される。
【００５２】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。
なお、本実施形態において、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５３】
[生体信号検出装置の機能的構成]
図８は、第２の実施形態に係る生体信号検出装置の機能的構成を示すブロック図である。
同図に示すように、生体信号検出装置１０１は、第１の実施形態と同一の構成に加え、頭頂部電極２２を回動させるための駆動機構１０２、後頭部電極２３を回動させるための駆動機構１０３、及びこれらを制御する駆動機構制御部１０４を有する。駆動機構制御部１０４は信号処理部４０に接続されている。駆動機構１０２及び駆動機構１０３はそれぞれ駆動機構制御部１０４に接続されている。
【００５４】
駆動機構１０２は、頭頂部電極２２をヘッドバンド２１に対して回動させることが可能なものであり、例えばモータとすることができる。駆動機構１０３も、後頭部電極２３をヘッドバンド２１に対して回動させることが可能なものであり、例えばモータとすることができる。駆動機構制御部１０４は、駆動機構１０２及び駆動機構１０３への印加電力等を調整し、頭頂部電極２２及び後頭部電極２３の回動を制御するものである。駆動機構制御部１０４は筐体２９に収容されたプロセッサ等の電装部品とすることができる。
【００５５】
[生体信号検出装置の動作]
図９は、生体信号検出装置１０１の動作を示すフローである。
生体信号検出装置１がユーザの頭部に装着されると、駆動機構制御部１０４は、駆動機構１０２及び駆動機構１０３を所定の角度で回動させる（Ｓｔ１）。
【００５６】
次に、駆動機構制御部１０４は、頭頂部電極２２及び後頭部電極２３の接触抵抗を測定する（Ｓｔ２）。接触抵抗は、電圧降下法等の測定方法によって測定することが可能である。測定した接触抵抗が予め設定された閾値より小さければ（Ｓｔ３：Ｙｅｓ）、頭頂部電極２２及び後頭部電極２３の電極端子３１が頭皮に良好に接触していると判断することが可能である。続いて、生体信号検出装置は、第１の実施形態と同様にして生体信号を測定する（Ｓｔ４）。
【００５７】
駆動機構制御部１０４は、接触抵抗が閾値より大きければ、（Ｓｔ３：Ｎｏ）、頭頂部電極２２及び後頭部電極２３の電極端子３１が頭皮に良好に接触していないと判断する。この場合、駆動機構制御部１０４は駆動機構１０２及び駆動機構１０３を再び回動させる（Ｓｔ１）。以降、さらに頭頂部電極２２及び後頭部電極２３の接触抵抗の測定（Ｓｔ２）を行い、接触抵抗が閾値より小さくなるまで、即ち、電極端子３１が良好に頭皮に接触するまで、頭頂部電極２２及び後頭部電極２３の回動を繰り返す。これにより、生体信号検出装置１０１は自動的に電極端子３１を良好に頭皮に接触させることが可能となる。
【００５８】
本発明はこの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において変更することが可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１、１０１…生体信号検出装置
２２…頭頂部電極
２３…後頭部電極
３１…電極端子
３５…回動部
１０２、１０３…駆動機構
１０４…駆動機構制御部
【図１】
0005561122.tif 000002
【図２】
0005561122.tif 000003
【図３】
0005561122.tif 000004
【図４】
0005561122.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005561122.tif 000007
【図７】
0005561122.tif 000008
【図８】
0005561122.tif 000009
【図９】
0005561122.tif 000010