(57)【要約】      （修正有）【課題】皮膚抵抗を精度よく検出できるようにする。【解決手段】第１電極１と第２電極２との表面を絶縁材３に被覆することにより電極部Ｄが構成される。第１電極部１に対して共振回路を構成するための誘導素子１１を介して高周波電源４が接続される一方、第２電極２に対して電流計５が接続される。高周波電源４からの周波数をスイープさせて電流計５で共振を示す電流状態が検出されたときの共振周波数と共振抵抗値との相関関係が取得される。上記相関関係に基づいて、共振周波数と共振抵抗値とが共に減少または共に増大する区間における最小の共振抵抗値に基づいて、皮膚抵抗が決定される。電極部Ｄをステアリングハンドルに設けて、決定された皮膚抵抗に基づいて、運転者状態（例えば緊張状態等）を判定することもできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と第２電極との表面を絶縁材に被覆することにより電極部が構成され、
前記第１電極部に対して共振回路を構成するための誘導素子を介して高周波電源が接続される一方、前記第２電極に対して電流測定手段が接続され、
前記高周波電源からの周波数をスイープさせて前記電流測定手段で共振を示す電流状態が検出されたときの共振周波数と共振抵抗値との相関関係を得る相関関係取得手段と、
前記相関関係取得手段により取得された相関関係に基づいて、共振周波数と共振抵抗値とが共に減少または共に増加する区間における最小の共振抵抗値に基づいて、生体の皮膚抵抗を決定する皮膚抵抗決定手段と、
を備えていることを特徴とする生体の皮膚抵抗検出装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記皮膚抵抗決定手段は、共振周波数の減少に対する共振抵抗値の減少割合が所定値未満であることを条件として、皮膚抵抗を決定する、ことを特徴とする生体の皮膚抵抗検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
生体が車両の運転者とされ、
前記電極部が、車両のステアリングハンドルに設けられている、
ことを特徴とする生体の皮膚抵抗検出装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記第１電極と前記第２電極とのいずれか一方が、前記ステアリングハンドルのうち運転者により握り操作される環状部分の内周側の全周に渡って設けられる一方、前記第１電極と前記第２電極との他方が、該環状部分の外周側の全周に渡って設けられ、
前記第１電極と前記第２電極とによって、前記環状部分の全周面が覆われている、
ことを特徴とする生体の皮膚抵抗検出装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４において、
前記皮膚抵抗決定手段により決定された皮膚抵抗に基づいて、運転者状態を判定する運転者状態判定手段をさらに備えている、ことを特徴とする生体の皮膚抵抗検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体の皮膚抵抗検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近では、生体との関係を検出する各種センサが開発されている。特許文献１には、静電容量センサ間の距離変化に基づいて、心拍数等を検出するものが開示されている。特許文献２には、静電容量変化に基づいて、操作タッチの有無を検出するものが開示されている。特許文献３には、電極部の静電容量が最大となる構造の電極部を備えた共振回路で、共振点の抵抗値を生体の皮膚抵抗とするものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２１０１２７号公報
【特許文献２】特開２０１４−４４２２５号公報
【特許文献３】特開２０１５−１１０５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献３に記載のように、共振点の抵抗値を皮膚抵抗として決定する場合に、皮膚抵抗を精度よく検出することが難しい場合がある。例えば、電極部に対して生体の指先を接触させてそのときの皮膚抵抗を検出する場合に、電極部に対して指先が軽く接触している場合と強く接触している場合とでは接触面積が相違することになるが、接触面積が相違すると検出される皮膚抵抗も相違してしまうことになる。
【０００５】
本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、生体の皮膚抵抗をより精度よく検出できるようにした生体の皮膚抵抗検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、請求項１に記載のように、
第１電極と第２電極との表面を絶縁材に被覆することにより電極部が構成され、
前記第１電極部に対して共振回路を構成するための誘導素子を介して高周波電源が接続される一方、前記第２電極に対して電流測定手段が接続され、
前記高周波電源からの周波数をスイープさせて前記電流測定手段で共振を示す電流状態が検出されたときの共振周波数と共振抵抗値との相関関係を得る相関関係取得手段と、
前記相関関係取得手段により取得された相関関係に基づいて、共振周波数と共振抵抗値とが共に減少または共に増加する区間における最小の共振抵抗値に基づいて、生体の皮膚抵抗を決定する皮膚抵抗決定手段と、
を備えているようにしてある。
【０００７】
上記解決手法によれば、共振周波数と共振抵抗値との相関関係を利用して、皮膚抵抗を精度よく検出することができる。すなわち、電極部に対する生体の接触面積が増大するのに伴って、共振周波数が減少する一方、共振抵抗値が減少することになる。つまり、共振周波数と共振抵抗値とが共に減少または共に増大する区間を有することになるが、このような区間での最小共振抵抗値が、皮膚抵抗に対応した精度のよい値を示すものとなる。
【０００８】
上記解決手法を前提とした好ましい態様は、請求項２以下に記載のとおりである。すなわち、
前記皮膚抵抗決定手段は、共振周波数の減少に対する共振抵抗値の減少割合が所定値未満であることを条件として、皮膚抵抗を決定する、ようにしてある（請求項２対応）。この場合、電極部に対する生体の接触面積が十分に大きく確保された状態であることを条件として皮膚抵抗を決定することにより、皮膚抵抗をより精度よく検出する上で好ましいものとなる。
【０００９】
生体が車両の運転者とされ、
前記電極部が、車両のステアリングハンドルに設けられている、
ようにしてある（請求項３対応）。この場合、運転者の皮膚抵抗を検出することができる。
【００１０】
前記第１電極と前記第２電極とのいずれか一方が、前記ステアリングハンドルのうち運転者により握り操作される環状部分の内周側の全周に渡って設けられる一方、前記第１電極と前記第２電極との他方が、該環状部分の外周側の全周に渡って設けられ、
前記第１電極と前記第２電極とによって、前記環状部分の全周面が覆われている、
ようにしてある（請求項４対応）。この場合、運転者の皮膚抵抗を検出する機会を十分に確保する上で好ましいものとなる。
【００１１】
前記皮膚抵抗決定手段により決定された皮膚抵抗に基づいて、運転者状態を判定する運転者状態判定手段をさらに備えている、ようにしてある（請求項５対応）。この場合、皮膚抵抗を利用して、運転者状態を判定することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、皮膚抵抗を精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】共振回路が組み込まれた電極部に指先が触れている状態を示す図。
【図２】共振抵抗値と共振周波数との相関関係を示す特性図。
【図３】ステアリングハンドルに対して電極部を配設した例を示す図。
【図４】本発明の制御系統例を示す図。
【図５】図４におけるコントローラの制御例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１において、１は第１電極（送信側電極）、２は第２電極（受信側電極）である。各電極１と２とは、実施形態では並列配置とされて、その表面は絶縁材３により被覆されている。絶縁材３は、各電極１と２との間に跨がって配設されている。なお、絶縁材３は、図１では肉厚の状態で示してあるが、実際には薄膜状とされている。各電極１、２と絶縁材３とによって、電極部Ｄが構成される。
【００１５】
第１電極１は、高周波電源４に接続されている。高周波電源４は、例えば５００ＫＨｚ〜４ＭＨｚの範囲で周波数が変更可能（スイープ可能）とされている。また、第２電極２には、電流計測手段としての電流計５が接続されている。電極部Ｄに対して共振回路を構成するため、誘導素子１１（そのインダクタンスがＬとして示される）が、第１電極１と高周波電源４との間に介在されている。
【００１６】
図１では、生体としての人体（実施形態では自動車の運転者）が符号Ｍで示され、その指先が符号Ｍ１で示される。そして、図１では、電極Ｄ（の絶縁材３）に対して、指先Ｍ１が触れているときの等価回路を示してある。すなわち、Ｒ１は両電極１と２との間のリーク抵抗値であり、Ｃｍは両電極１と２との間の相互容量である。また、Ｃｆは、指先Ｍ１と電極１あるいは２との間の静電容量であり（第１電極１に対する静電容量と第２電極２に対する静電容量とは同じ値Ｃｆとして示してある）、Ｒｆは皮膚抵抗である。なお、皮膚抵抗は、接触面積によって変化するものである。
【００１７】
さらに、指先Ｍ１が電極Ｄに触れている状態において、生体Ｍとしての運転者の身体を流れる人体アース経路が構成されることになる。すなわち、自動車の運転者となる生体Ｍは、運転席に着座することにより車体にアースされている状態となる。この人体アース経路において、Ｒｂは人体抵抗であり、Ｃｐは人体静電容量である。
【００１８】
指先Ｍ１が絶縁材３から大きく離間しているとき（例えば３０ｃｍ以上離間しているとき）は、皮膚抵抗Ｒｆや人体アースは無視されることになる。このため、高周波電源４からの電流が流れる経路としては、誘導素子１１から第１電極１を経て、リーク抵抗Ｒ１および相互容量Ｃｍを通って、第２電極２に至る経路となる。このような電流の流れが図中実線で示される。
【００１９】
指先Ｍ１が絶縁材３に接触した状態では、生体Ｍに起因した２つの回路系が生成される。生体Ｍに起因した第１の回路系は、皮膚抵抗Ｒｆが関与する経路で、高周波電源４からの電流が、誘導素子１１、第１電極１、図中左側の静電容量Ｃｆ、皮膚抵抗Ｒｆ、図中右側の静電容量Ｃｆを経て、第２電極２に至る経路となる。このような電流の流れが図中一点鎖線で示される。
【００２０】
生体Ｍに起因した第２の回路系は、人体アース経路であり、高周波電源４からの電流が、誘導素子１１、第１電極１、図中左側の静電容量Ｃｆ、人体抵抗Ｒｂ、人体静電容量Ｃｂを通る経路となる。このような電流の流れが図中破線で示される（電流計５を通らない経路となる）。
【００２１】
ここで、指先Ｍ１を絶縁材３から若干離間した状態（接触しないが近距離にあるホバータッチ状態）でも、静電容量Ｃｆが生成されることから、電流は、実線で示す流れに加えて、破線で示す流れを生じることになる。すなわち、指先Ｍ１を、電極部Ｄ（の絶縁材３）に対して大きく離間した状態から徐々に接近させて最終的に接触させたとき、電流の流れる経路が、順次、「図１実線の状態」、「図１実線の状態＋図１破線の状態」、「「図１実線の状態＋図１破線の状態＋図１一点鎖線の状態」へと変化することになる。
【００２２】
いま、指先Ｍ１を絶縁材３から大きく離間した状態から、徐々に絶縁材３に接近させて、最終的に絶縁材３に強く圧着させた状態を想定する。このように指先Ｍ１の位置を変化させる過程において、高周波電源４での周波数を変更して（スイープ）して、そのときの共振周波数と共振抵抗値との相関関係をまとめて示したのが図２である。なお、共振の検出は、電流計５が極値を検出した時点のものとされ、この共振時の周波数が共振周波数であり、そのときの抵抗値が共振抵抗値となる（共振抵抗値は、高周波電源４での発生電圧と電流計５での検出電流に基づいて算出）。
【００２３】
図２において、指先Ｍ１を絶縁材３から大きく離間したときは、共振時の初期抵抗値はリーク抵抗Ｒ１となり、このときの共振周波数が初期共振周波数となる。初期抵抗値（＝Ｒ１）となるときの時点が、図２中符号αで示される。
【００２４】
初期抵抗値Ｒ１が検出された状態から、指先Ｍ１をさらに絶縁材３に接近させていくと、図１中破線で示す電流の流れを生じる結果、その分電流計５が検出する電流値が減少して、共振抵抗値が増大する一方、共振周波数が減少する。このように、共振抵抗値が初期抵抗値から増大する一方、共振周波数が初期周波数から減少していく状態の範囲では、指先Ｍ１が絶縁材３の近くに位置するホバータッチ状態である。
【００２５】
指先Ｍ１が絶縁材３に接触すると、図１中一点鎖線で示す電流の流れも生じて、共振抵抗値は、その増大状態から減少状態へと変化される。すなわち、指先Ｍ１を絶縁材３に強く押し当てていくのに伴って（指先Ｍ１の絶縁材３に対する接触面積が増大されるのに伴って）、皮膚抵抗Ｒｆが減少することから、共振抵抗値は減少状態へと変化される。そして、共振抵抗値の減少に伴って、共振周波数が減少していく。共振抵抗値が増大から減少へと移行する極値（極大値）となるときが、ホバータッチの終了時点となる。ホバータッチの終了時点が、図２中符号βで示される。なお、ホバータッチ状態であることが検出可能な最大距離（電極Ｄと指先Ｍ１との間の距離）は、６ｃｍ以上とすることが可能である。
【００２６】
上述したように、初期抵抗値に対して共振抵抗値が大きい範囲において（図２のα〜βの範囲）、共振抵抗値の増減に対して共振周波数の増減が反対の関係となる場合（つまり、共振周波数の減少に伴って共振抵抗値が増大する場合で、換言すれば共振周波数の増大に伴って共振抵抗値が減少する場合とも言える）に、前記電極部に対して生体がホバータッチ状態であると判定することが可能となる。
【００２７】
指先Ｍ１を電極部Ｄに強く押しあてた最終状態では、共振抵抗値が最小値となり、この最小値となった時点が図２中符号γで示される。なお、共振抵抗値が最小となるときの最小共振抵抗値は、皮膚抵抗値と判断することができる。そして、共振周波数が殆ど変化していないにもかかわらず皮膚抵抗値（最小共振抵抗値）が所定値以上小さくなる方向に変化したときは、生体Ｍが発汗していると判定することができる。
【００２８】
上記β〜γの範囲における共振抵抗値に基づいて、生体Ｍの姿勢状態を判定することができ、また共振抵抗値の変化から姿勢変化を検出することができる。すなわち、生体Ｍは、例えば運転席に着座しているときの状態、例えばシートバックに寄りかかっているとき、シートバックから背中が離間しているとき、運転席から尻を浮かしているとき等では、車体に対するアース位置が変化することから、共振抵抗値が変化することになる。したがって、生体Ｍの姿勢状態と共振抵抗値との相関関係をあらかじめデータベースとして作成しておくことにより、取得した共振抵抗値をデータベースに照合して、生体Ｍの姿勢状態を判定することが可能となる。
【００２９】
図２中、βとγとの間の範囲は、指先Ｍ１の絶縁材３に対する接触面積の増大を意味することから、この範囲における共振周波数から算出した静電容量から、指先Ｍ１の絶縁材３に対する接触面積を取得することが可能となる。
【００３０】
電流が図１一点鎖線で示す流れの場合において、共振時の回路抵抗Ｚは、次式（１）で算出される。なお、式中、ｆは共振周波数であり、高周波電源４での出力状態をみることにより共振周波数ｆを知ることができる。そして、共振時には、ＬとＣｆとが打ち消しあうことから、回路抵抗Ｚは皮膚抵抗Ｒｆとなる。
【００３１】
【数１】
2018051099.tif 000003
【００３２】
また、静電容量値Ｃｆは次式（２）で算出される。
【００３３】
【数２】
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【００３４】
共振周波数ｆおよび誘導素子１１のインダクタンスＬは既知なので、（２）式から静電容量値Ｃｆが算出可能である。そして、求められた静電容量値Ｃｆから、指先Ｍ１の接触面積を求めることが可能である。例えば、静電容量値Ｃｆと接触面積との関係をあらかじめデータベース化して、算出されたＣｆをデータベースに照合することにより接触面積を決定することができる。
【００３５】
なお、電流の流れが図１実線で示す場合および破線で示す場合も式（１）、式（２）と同様にして回路抵抗および静電容量値を算出することができる。この場合、電流が実線で示す流れの場合は、Ｒｆに代えてＲ１を用い、Ｃｆに代えてＣｍを用いればよい。また、電流が図１破線で示す流れの場合は、Ｒｆに代えてＲｂを用い、Ｃｆに代えて「Ｃｆ＋Ｃｐ」を用いればよい。
【００３６】
図３は、ステアリングハンドル４１に、１組の電極部Ｄを設けた場合を示す。すなわち、図３は、ステアリングハンドル４１が中立位置にある状態を示し、この図３において、ステアリングハンドル４１のうち握り操作の対象となる環状部分の全周面を覆うように第１電極１と第２電極２とが配設されている。具体的には、第１電極１と第２電極２との一方がステアリングハンドル４１（のうち環状部分）の内周側に配設され、他方がステアリングハンドル４１の外周側に配設してある。各電極１と２とは、ステアリングハンドル１の全周に亘って延びるように配設され、かつ各電極１と２とでステアリングハンドル１（の環状部分）の全周面を覆うようにしてある。これにより、運転者がステアリングハンドル４１（の環状部分）のいずれの部位を把持していても、皮膚抵抗を検出できるようになっている（検出機会を十分に確保）。
【００３７】
なお、第１電極１の面積を第２電極２の面積で除した値が小さい方が、センサ感度が向上する（共振周波数の変化に伴う共振抵抗値の変化が大になる）ことから、第１電極１に比して第２電極２の面積を大きくするのが好ましい、
図４は、本発明おける制御系統例が示される。図中Ｕは、マイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラ（制御ユニット）である。このコントローラＵには、電流計５での検出電流が入力される。また、コントローラＵは、高周波電源４およびディスプレイ４２を制御する。ディスプレイ４２は、例えば、検出される皮膚抵抗に応じて判定される運転者状態が、緊張しているあるいは不安感をもっている場合に、休息を促す等の注意警報を行うものとなっている。
【００３８】
次に、コントローラＵによる制御例、特に皮膚抵抗の検出について、図５のフローチャートを参照しつつ説明する。なお、以下の説明でＱはステップを示す。まず、Ｑ１において、高周波電源４を制御して、特定の周波数帯域の範囲でもって周波数の変更（スイープ）を行う。
【００３９】
Ｑ１の後、Ｑ２において、初期抵抗値（＝Ｒ１）とそのときの共振周波数ｆ１が決定される。この後、Ｑ３において、共振抵抗値と共振周波数との相関関係が取得される（図２のような特性の取得となるが、α点からγ点までの全ての周波数範囲での特性が得られるものとは限らない）。
【００４０】
Ｑ３の後、Ｑ４において、共振抵抗値が初期共振抵抗値Ｒ１よりも減少しているか否か（減少範囲が存在するか否か）が判別される。このＱ４の判別でＹＥＳのときは、Ｑ５において、共振周波数が減少しているか否か（減少範囲が存在するか否か）が判別される。
【００４１】
上記Ｑ５の判別でＹＥＳのときは、Ｑ６において、共振周波数の減少に対する共振抵抗値の減少割合が所定値未満であるか否かが判別される。このＱ６の判別は、つまるところ、共振周波数の変動にかかわらず、共振抵抗値が殆ど変化しない範囲が存在するか否かの判別となり、図２において、皮膚抵抗検出範囲として示す領域が存在するか否かの判別となる。
【００４２】
上記Ｑ６の判別でＹＥＳのときは、Ｑ７において、最小の共振抵抗値に基づいて皮膚抵抗が決定される（実施形態では、最小の共振抵抗値が皮膚抵抗値として決定される）。前記Ｑ４の判別でＮＯのとき、Ｑ５の判別でＮＯのとき、あるいはＱ６の判別でＮＯのときは、皮膚抵抗の決定が行われることなく終了される。
【００４３】
ここで、上述のようにして決定された皮膚抵抗に基づいて、運転者状態（特に運転者の感情状態）を判定することもできる。例えば、発汗すると、皮膚抵抗が減少することから、皮膚抵抗に応じて、発汗の有無（あるいは発汗の程度）を判定することができる。発汗は、運転者が緊張あるいは不安を抱いていると想定されることから、発汗レベルが高いときは、休息を促す等の注意情報をディスプレイ４２に表示させる等のことができる。
【００４４】
以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能である。皮膚抵抗の検出に加えて、ホバータッチの検出と姿勢状態（姿勢の変化）の検出と接触面積の検出との任意の１以上の検出を合わせて行うこともできる。皮膚抵抗の検出対象となる部位は、指先に限らず、足先や肘等、生体の適宜の部位とすることができる。本発明は、生体が接触される可能性のある適宜のものに適用でき、例えば車両（特に自動車）以外の船舶、航空機等、人間によって操作される各種のものを対象とすることができ、また移動物体以外の静止物体についても検出対象とすることができる。決定される皮膚抵抗は、連続可変式の値で決定することもでき、あるいは例えば大、中、小のような複数段階で決定することもできる。フローチャートに示す各ステップあるいはステップ群は、コントローラＵの有する機能を示すもので、この機能を示す名称に手段の文字を付して、コントローラＵの有する構成要件として把握することができる。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、皮膚抵抗を精度よく検出することができる。
【符号の説明】
【００４６】
Ｕ：コントローラ
Ｍ：生体
Ｍ１：指先
Ｄ：電極部
１：第１電極
２：第２電極
３：絶縁材
４：高周波電源
５：電流計
Ｒ１：リーク抵抗
Ｃｍ：相互容量
Ｃｆ：静電容量（指先との間）
Ｒｆ：皮膚抵抗
Ｃｐ：人体静電容量
Ｒｂ：人体抵抗
４１：ステアリングハンドル
α：初期抵抗値を示す
β：極値を示す（ホバータッチの終了時点）
γ：最小共振抵抗値を示す（皮膚抵抗を示す）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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