(57)【要約】  【課題】目を閉じた状態で瞼に光を当てて反射光を検出することにより、眼球運動を測定する。  【解決手段】発光ダイオード３により近赤外領域の光を被験者の瞼に照射し、フォトダイオード４によりその反射光強度を測定することにより、被験者の眼球運動を測定する。  【効果】従来の眼電図に比べて、取り扱いが簡単で、検出感度がよく、筋電位のようなノイズの影響を受けることが少ない。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子により近赤外領域の光を被験者の瞼に照射し、受光素子によりその反射光強度を測定することにより、被験者の眼球運動を測定することを特徴とする眼球運動測定方法。
【請求項２】
近赤外領域の光の波長が８００ｎｍから１０００ｎｍの範囲内にある請求項１記載の眼球運動測定方法。
【請求項３】
発光素子と瞼との距離、及び受光素子と瞼との距離を、それぞれ２ｍｍ以上１５ｍｍ以下に保って、測定を行う請求項１記載の眼球運動測定方法。
【請求項４】
近赤外領域の光を被験者の瞼に照射する発光素子と、瞼からの反射光強度を測定する受光素子と、前記発光素子を駆動する駆動手段と、前記受光素子により検出された出力信号の波形を観測する観測手段とを備えることを特徴とする眼球運動測定装置。
【請求項５】
前記発光素子の波長が８００ｎｍから１０００ｎｍの範囲内にある請求項４記載の眼球運動測定装置。
【請求項６】
前記発光素子と受光素子とを取り付けた板と、その板を瞼から距離をおいて顔に装着するための装着部材とを備える請求項４記載の眼球運動測定装置。
【請求項７】
前記板と瞼との距離が２ｍｍ以上１５ｍｍ以下である請求項６記載の眼球運動測定装置。
【請求項８】
前記装着部材の材質がゴムである請求項６記載の眼球運動測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被験者の睡眠時において、瞼の上から眼球運動を測定することができる眼球運動測定方法及び測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
睡眠中、脳波が覚醒状態を示すときは、眼球が急速に動くことが知られており、この状態をレム(REM:Rapid Eye Movement)睡眠という。そこで睡眠時の眼球運動を測定することにより、睡眠の種類がわかるので、生体リズムの診断や睡眠リズムの診断などに応用できる。
従来の睡眠状態検出方法として、眼球の角膜が正、網膜が負に帯電していることを利用して、左右のこめかみに電極を当てて電位差を検出する方法が知られている。これにより眼球の左右方向の動きを検出できる。また、瞼の上下に電極を装着して電位差を検出することにより、眼球の上下方向の動きを検出できる。これらの記録を眼電図という。
【特許文献１】特開平９−６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、前記従来の方法では、多数本の電線を人体に取り付ける必要がある。アース線も耳などに付ける必要がある。
また、感度を良好に維持するために、電極を皮膚とのインピーダンスを５ｋΩ以下に下げて測定する必要がある。そのために皮膚をアルコールで消毒したり、表面処理剤を塗布したりする必要があり、被験者は違和感を感じるし、皮膚も荒れる。
【０００４】
さらに、この方法では顔面の筋電位や脳波が電圧信号の中に混入するために、ノイズが発生しやすく、眼電位や筋電位との識別が困難になる。
そこで、本発明は、眼球の動きを、良好な感度で精度よく測定することができる眼球運動測定方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、簡単な装置構成で、前記眼球運動測定方法を実施することができる眼球運動測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、目を閉じた状態で瞼に光を当てて反射光を検出することにより、眼球運動を測定する方法を見出した。この方法によれば、眼電図に比べて検出感度がよく少ないノイズで眼球の微妙な変動を検出できることを確認した。
本発明の眼球運動測定方法は、発光素子により近赤外領域の光を被験者の瞼に照射し、受光素子によりその反射光強度を測定することにより、被験者の眼球運動を測定することを特徴とする。
【０００６】
この方法によれば、近赤外光を用いて、瞼を通した眼球の動きを測定するので、筋電位などの影響を受けずに、良好な感度で測定が行える。また、眼に認識されない近赤外光を用いることにより、睡眠を妨げずに測定することができる。
近赤外領域の光の波長は、具体的には８００ｎｍから１０００ｎｍの範囲であることが好ましい。
【０００７】
発光素子と瞼との距離、及び受光素子と瞼との距離は、それぞれ２ｍｍ以上１５ｍｍ以下に保って測定を行うことが望ましい。２ｍｍ未満、つまり瞼とほとんど接触するような状態であっても測定は可能であるが、瞼の開きを妨げたり、瞼を圧迫したりして眼球の動きを妨げるという理由からあまり好ましくない。１５ｍｍよりもさらに離れると、発光素子及び受光素子の高さが高くなりすぎてしまい、取り扱いの邪魔になる。
【０００８】
また、本発明の眼球運動測定装置は、近赤外領域の光を被験者の瞼に照射する発光素子と、瞼からの反射光強度を測定する受光素子と、前記発光素子を駆動する駆動手段と、前記受光素子により検出された出力信号の波形を観測する観測手段とを備える。この装置によって、近赤外光を用いて、瞼の皮膚表面から眼球の動きを、良好な感度で精度よく測定することができる。また、瞼の上に装着するだけでよいので、装置の取り扱いも簡単である。
【０００９】
前記発光素子と受光素子と瞼から所定距離離すためには、発光素子及び受光素子を取り付けた板と、その板を瞼から距離をおいて顔に装着するための装着部材とを備えることが好ましい。被験者は、板が取り付けられた装着部材を瞼の上に装着するだけで、簡単に測定が行える。
前記装着部材の材質は、顔にフィットするやわらかい材質、例えばゴムやスポンジ、布であることが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の睡眠時の眼球運動測定装置を構成するセンサ１及びその電気的接続状態を示す模式図である。
図１（ａ）はセンサ１の正面図を示し、（ｂ）はセンサ１の側面図及び電気的接続状態を示す。
【００１１】
このセンサ１は、板２の片面に、発光素子３と受光素子４とを取り付けたものである。
板２の材質は問わないが、例えばアクリル板を用いることができる。その形状は、例えば直径２０ｍｍ程度の円又は楕円である。
発光素子３は、所定波長の光を出す素子であれば、その種類を問わない。発光ダイオード（ＬＥＤ）、白熱電球、冷陰極線管などを用いることができる。特に、小型安価であり、消費電力の小さな発光ダイオードが好ましい。光の波長は、紫外線など人体に有害でなく、加温効果もなく、かつ可視でない波長領域にあることが好ましい。特に、８００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の近赤外領域の光が好ましい。８００ｎｍ未満であれば、可視なので睡眠の妨げとなる。１０００ｎｍよりも長いと赤外領域であり、加温効果があり睡眠の妨げとなる。
【００１２】
受光素子４は、発光素子３の出す光の領域に感度を持つ素子であればよい。例えば、フォトトランジスタを用いることができる。
発光素子３と受光素子４との配置間隔は、約１５ｍｍが好ましいが、それより近接していても測定は可能である。１５ｍｍ以上であれば、大きくてじゃまになるし、瞼に収まらない場合があり測定ができない。
【００１３】
発光素子３と受光素子４は、それぞれ細い電線７によりドライバ５、検出器６に接続される。ドライバ５は発光素子３に必要な電流を供給する駆動回路であり、検出器６は受光素子４にバイアス電圧を与えて、受光素子４を流れる電流を検出し増幅しフィルター処理する回路である。
図２に、ドライバ５及び検出器６の具体的回路図を示す。ドライバ５は、１００Ωの固定抵抗器と、１ｋΩの可変抵抗器を通して発光素子３に駆動電流を流す回路である。検出器６は、受光素子であるフォトトランジスタを流れる電流を１００ｋΩの抵抗器Ｒで受ける。抵抗器Ｒに現れた信号は、コンデンサと抵抗からなるハイパスフィルター（遮断周波数１Ｈｚ）を通して演算増幅器に供給される。演算増幅器は設定された倍率で電圧増幅を行い、電圧信号として出力する。この電圧信号の時間波形を、シンクロスコープなどの波形観測器８によって観測する。
【００１４】
図３は、センサ１に、装着部材である円筒形の筒９を取り付けた状態を示す斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）である。この筒９は、センサ１の発光素子３及び受光素子４と瞼との間の距離を一定に保つために使用する。筒９を板２の外周に巻いて接着する。筒９の材質はゴム、スポンジ、布、樹脂、紙など特に限定しないが、ゴムやスポンジのように瞼に触れたときに痛くなく、フィットしやすい硬さのものが好ましい。
【００１５】
センサ１の発光素子３及び受光素子４と瞼との間の距離は、２ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが好ましい。２ｍｍ未満では瞼の開きを妨げたり、瞼を圧迫したりして眼球の動きを妨げるという理由からあまり好ましくない。１５ｍｍよりもさらに離れると、センサ１を瞼に装着したときに高くなりすぎてしまい、取り扱いが不便となり、睡眠の邪魔にもなる。
【００１６】
図４は、センサ１をアイマスク１０に取り付ける方法を示す斜視図である。アイマスク１０の両目の当たる部分を開口し、外からセンサ１を接着する。これにより、両目の眼球の動きをそれぞれ測定できる。ただし、センサ１を両目に取り付けることは絶対必要ではなく、少なくとも片目に取り付ければよい。こうすれば、センサ１を取り付けた眼の眼球の動きを測定できる。
【００１７】
図５は、被験者がこのアイマスク１０を装着した状態を示す側面図である。この状態で、受光素子４の光検出波形を観測する。
このように、本発明の実施形態によれば、アイマスク１０を顔に装着するだけで、眼球運動の測定ができる。顔に複数の電極を貼り付けるようなわずらわしさが低減し、皮膚を洗浄する必要もない。
【００１８】
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。例えば、センサ１をアイマスクに取り付ける以外に、センサ１を絆創膏などで直接顔に取り付けてもよいし、水中メガネのように孔のあいたゴム状の装着部材の孔にセンサ１を取り付けて使用してもよい。マッサージ等のリラクゼーションの場合にはアイピローに取り付けて瞼の上に置くだけでもよい。その他、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。
【実施例】
【００１９】
＜実施例１＞
直径２０ｍｍ、厚み２ｍｍのアクリル円板に発光素子と受光素子とを接着剤で固定した。これらの間隔は１４ｍｍである。発光素子と受光素子とは垂直に並ぶように、アイマスクの片側に取り付けた。
発光素子には、株式会社東芝製の発光ダイオードＴＬＮ１１０を使用した。発光波長のピークは、近赤外領域の９００ｎｍ付近である。受光素子には、株式会社東芝製のフォトトランジスタＴＰＳ６１１を使用した。近赤外領域の９００ｎｍ付近に感度を有するものである。アクリル円板の周りに厚み２ｍｍ、高さ２ｍｍの天然ゴムシートを貼り付けて、円筒形とした。これで素子と瞼との間隔は２ｍｍとなった。
【００２０】
このアイマスクを被験者に装着して、眼球を左右及び上下に動かして受光素子の出力電圧信号波形を観測した。
＜実施例２＞
天然ゴムシートの高さを１０ｍｍとした他は、実施例１と同じ構造のセンサを作成した。素子と瞼との間隔は１０ｍｍとなった。
【００２１】
このアイマスクを被験者に装着して、眼球を左右及び上下に動かして受光素子の出力電圧信号波形を観測した。
＜実施例３＞
天然ゴムシートの高さを１５ｍｍとした他は、実施例１と同じ構造のセンサを作成した。素子と瞼との間隔は１５ｍｍとなった。
【００２２】
このアイマスクを被験者に装着して、眼球を左右及び上下に動かして受光素子の出力電圧信号波形を観測した。
＜比較例＞
日本電気三栄株式会社製のアンプ「ＥＣＧ」を使って計測を行った。眼電図の測定は、日本ＧＥマルケットメディカルシステム株式会社製の銀−塩化銀電極「ＳＥＥ１０５」を左眼窩外縁に１個、右眼窩外縁に１個、左眼窩下上縁にそれぞれ１個貼り付けるとともに、片方の耳に基準（接地）電極を貼り付けた。眼球を左右及び上下に動かして電圧を測定した。
【００２３】
＜評価方法＞
受光素子の出力電圧信号及び眼電図の測定電圧信号を、日本電気三栄株式会社製のデータ収集装置によって測定した。測定データは、テレメータ「TRANSMITTER san-ei V1, RECEIVER BAND V1 」を用いて送受信した。
＜結果＞
図６に、実施例１の目を左右に動かしたときの測定結果と、比較例の測定結果とを示す。（ａ）は実施例１の目を左右に動かしたときの出力電圧信号波形のグラフであり、（ｂ）は比較例の目を左右に動かしたときの眼窩外縁に取り付けた電極の電圧信号のグラフである。
【００２４】
図７は、実施例１の目を上下に動かしたときの測定結果と、比較例の測定結果とを示す。（ａ）は実施例１の目を上下に動かしたときの出力電圧信号波形のグラフであり、（ｂ）は比較例の目を上下に動かしたときの眼窩上下縁に取り付けた電極の電圧信号のグラフである。
図８は、実施例２の目を左右に動かしたときの測定結果と、比較例の測定結果とを示す。（ａ）は実施例２の目を左右に動かしたときの出力電圧信号波形のグラフであり、（ｂ）は比較例の目を左右に動かしたときの眼窩外縁に取り付けた電極の電圧信号のグラフである。
【００２５】
図９は、実施例２の目を上下に動かしたときの測定結果と、比較例の測定結果とを示す。（ａ）は実施例２の目を上下に動かしたときの出力電圧信号波形のグラフであり、（ｂ）は比較例の目を上下に動かしたときの眼窩上下縁に取り付けた電極の電圧信号のグラフである。
図１０は、実施例３の目を左右に動かしたときの測定結果と、比較例の測定結果とを示す。（ａ）は実施例３の目を左右に動かしたときの出力電圧信号波形のグラフであり、（ｂ）は比較例の目を左右に動かしたときの眼窩外縁に取り付けた電極の電圧信号のグラフである。
【００２６】
図１１は、実施例３の目を上下に動かしたときの測定結果と、比較例の測定結果とを示す。（ａ）は実施例３の目を上下に動かしたときの出力電圧信号波形のグラフであり、（ｂ）は比較例の目を上下に動かしたときの眼窩上下縁に取り付けた電極の電圧信号のグラフである。
眼球を左右に動かした場合にも、上下に動かした場合にも、実施例１〜３の電圧波形が、比較例の電圧波形と比べて、ノイズが少なく感度がよいことがわかる。
【００２７】
以上の図６〜図１１からわかるように、本発明によれば、眼球の動きを、従来よりも良好な感度でとらえることができる。また、眼球の動きに伴う筋肉の電位変化がほとんど現れないので、睡眠時の眼球の動きをノイズの少ない状態で直接観測できる。さらに、１つのセンサで上下左右の目の動きを検出することができ、測定装置の構成も簡単となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の睡眠時の眼球運動測定装置を構成するセンサ１（ａ）及びその電気的接続状態（ｂ）を示す模式図である。
【図２】ドライバ５及び検出器６の具体的回路図である。
【図３】センサ１に円筒形の筒９を取り付けた状態を示す斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図４】センサ１をアイマスク１０に取り付ける方法を示す斜視図である。
【図５】被験者がこのアイマスク１０を装着した状態を示す側面図である。
【図６】実施例１の目を左右に動かしたときの測定結果と、比較例の測定結果とに現れた電圧信号のグラフである。
【図７】実施例１の目を上下に動かしたときの測定結果と、比較例の測定結果とに現れた電圧信号のグラフである。
【図８】実施例２の目を左右に動かしたときの測定結果と、比較例の測定結果とに現れた電圧信号のグラフである。
【図９】実施例２の目を上下に動かしたときの測定結果と、比較例の測定結果とに現れた電圧信号のグラフである。
【図１０】実施例３の目を左右に動かしたときの測定結果と、比較例の測定結果とに現れた電圧信号のグラフである。
【図１１】実施例３の目を上下に動かしたときの測定結果と、比較例の測定結果とに現れた電圧信号のグラフである。
【符号の説明】
【００２９】
１  センサ
２  板
３  発光素子
４  受光素子
５  ドライバ
６  検出器
７  電線
８  波形観測器
９  筒
１０  アイマスク
１１  瞼
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2005205024.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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