(57)【要約】自動車の運転者等から心拍数等の生体情報を正確に検出するための生体情報検出装置を提供する。生体情報の被検出者である自動車の運転手が握るための操縦ハンドル１と、操縦ハンドル１に備えられる右側の電極４１及び左側の電極４２と、この電極４１及び４２に接続された交流差動アンプ６と、を含む生体情報検出装置１０を用いる。この右側の電極４１と交流差動アンプ６との間の抵抗値Ｒ１と、操縦ハンドル１を握る運転者の手５１と電極４１との間の電極インピーダンスｒ１及びＣ１と、の和が、交流作動アンプ６における入力インピーダンスＺ１の１００分の１以下とし、左側の電極４２についても同様にすることにより、上記課題を解決する。
2004089209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体情報の被検出者に接触するように配置された接触部と、当該接触部に備えられ前記被検出者から前記生体情報を検出する生体情報検出部と、当該生体情報検出部に接続され前記検出された生体情報に対応する生体信号を増幅する増幅部と、により構成される生体情報検出装置において、
前記生体情報検出部と前記増幅部との間の抵抗値と、前記接触部に接触する被検出者と前記生体情報検出部との間のインピーダンスと、の和が、前記増幅部における入力インピーダンスの１００分の１以下であることを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の生体情報検出装置において、
前記生体情報検出部と前記増幅部との間の抵抗値と、前記接触部に接触する被検出者と前記生体情報検出部との間のインピーダンスと、の和が、１０ｋΩ以下であることを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の生体情報検出装置において、
前記生体情報検出部と前記増幅部との間の抵抗値が、前記増幅部における入力インピーダンスの２００分の１以下であることを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の生体情報検出装置において、
前記生体情報検出部と前記増幅部との間の抵抗値が、５ｋΩ以下であることを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の生体情報検出装置において、
前記生体情報検出部は、体積抵抗率が２５Ωｃｍ以下である材料からなることを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の生体情報検出装置において、
前記生体情報検出部は、銀、ニッケル、金、パラジウム、炭素又はカーボンナノチューブの少なくともいずれかを含む材料からなることを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の生体情報検出装置において、
前記生体情報検出部は、透明かつ導電性を有する金属酸化物又は透明かつ導電性を有する高分子の少なくとも一方を含む材料からなることを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の生体情報検出装置において、
前記接触部に接触する被検出者と前記生体情報検出部との間のインピーダンスが、前記増幅部における入力インピーダンスの２００分の１以下であることを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の生体情報検出装置において、
前記接触部に接触する被検出者と前記生体情報検出部との間のインピーダンスが、５ｋΩ以下であることを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の生体情報検出装置において、
前記生体情報検出部は、被検出者との接触面積が一箇所につき２ｃｍ２以上となるように前記生体情報検出部の面積が設定されていることを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の生体情報検出装置において、
前記接触部は、自動車、船又は飛行機の少なくともいずれかの操縦部からなることを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の生体情報検出装置において、
前記接触部は、自動車、船又は飛行機の少なくともいずれかを操縦するため用いられる操縦部と、前記操縦部を用いて操縦する被検出者が接触することにより当該被検出者を補助するように構成されている補助用接触部と、からなることを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の生体情報検出装置において、
前記生体情報検出装置が、前記自動車に設けられる場合に、
前記補助用接触部は、サイドブレーキ部材、肘掛部材、シフトレバー部材の少なくともいずれかであることを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項１４】
請求項１２又は請求項１３に記載の生体情報検出装置において、
前記操縦部に備えられた前記生体情報検出部と、前記補助用接触部に備えられた前記生体情報検出部と、が接続されていることを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項１５】
請求項１２又は請求項１３に記載の生体情報検出装置において、
前記増幅部は、前記操縦部に備えられた前記生体情報検出部又は前記補助用接触部に備えられた前記生体情報検出部のうち、前記被検出者が接触しているいずれか一方により検出された前記生体信号を増幅することを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項１６】
請求項１２乃至請求項１５のいずれか一項に記載の生体情報検出装置において、
前記増幅部は、二つの系統の前記生体情報検出部から前記生体信号を増幅する場合に、
前記増幅部は、一方の系統の前記操縦部に備えられた前記生体情報検出部に前記被検出者が接触して検出された前記生体信号と、
他方の系統の前記操縦部に備えられた前記生体情報検出部又は前記補助用接触部に備えられた前記生体情報検出部のうち、前記被検出者が接触しているいずれか一方により検出された前記生体信号と、を増幅することを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１６のいずれか１項に記載の生体情報検出装置において、
前記生体情報検出部は、前記接触部に備えられた導電性樹脂層からなることを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項１８】
請求項１乃至請求項１７のいずれか１項に記載の生体情報検出装置に含まれる接触部として用いられる接触部材であって、
前記生体情報検出部は、抵抗値が５ｋΩ以下であることを特徴とする接触部材。
【請求項１９】
請求項１８に記載の接触部材において、
前記生体情報検出部は、体積抵抗率が２５Ωｃｍ以下である材料からなることを特徴とする接触部材。
【請求項２０】
請求項１８又は請求項１９に記載の接触部材において、
前記生体情報検出部は、銀、ニッケル、金、パラジウム、炭素又はカーボンナノチューブの少なくともいずれかを含む材料からなることを特徴とする接触部材。
【請求項２１】
請求項１８又は請求項１９に記載の接触部材において、
前記生体情報検出部は、透明かつ導電性を有する金属酸化物又は透明かつ導電性を有する高分子の少なくとも一方を含む材料からなることを特徴とする接触部材。
【請求項２２】
請求項１８乃至請求項２１のいずれか１項に記載の接触部材において、
前記生体情報検出部は、被検出者との接触面積が一箇所につき２ｃｍ２以上となるように前記生体情報検出部の面積が設定されていることを特徴とする接触部材。
【請求項２３】
請求項１８乃至請求項２２のいずれか１項に記載の接触部材において、
前記接触部材は、自動車、船又は飛行機の少なくともいずれかの操縦部からなることを特徴とする接触部材。
【請求項２４】
請求項１８乃至請求項２３のいずれか１項に記載の接触部材において、
前記接触部材は、自動車、船又は飛行機の少なくともいずれかを操縦するため用いられる操縦部と、前記操縦部を用いて操縦する被検出者が接触することにより当該被検出者を補助するように構成されている補助用接触部と、からなることを特徴とする接触部材。
【請求項２５】
請求項２４に記載の接触部材において、
前記接触部材が、前記自動車に設けられる場合に、
前記補助用接触部は、サイドブレーキ部材、肘掛部材、シフトレバー部材の少なくともいずれかであることを特徴とする接触部材。
【請求項２６】
請求項２４又は請求項２５に記載の接触部材において、
前記操縦部に備えられた前記生体情報検出部と、前記補助用接触部に備えられた前記生体情報検出部と、が接続されていることを特徴とする接触部材。
【請求項２７】
請求項１８乃至請求項２６のいずれか１項に記載の接触部材において、
前記生体情報検出部は、前記接触部材に備えられた導電性樹脂層からなることを特徴とする接触部材。
【請求項２８】
被検出者から生体情報を検出するための検出部を形成する生体情報検出部用塗料であって、
体積抵抗率が２５Ωｃｍ以下の導電性材料と、エポキシ系樹脂と、硬化剤とからなることを特徴とする生体情報検出部用塗料。
【請求項２９】
請求項２８に記載の生体情報検出部用塗料において、
前記導電性材料は、銀、ニッケル、金、パラジウム、炭素又はカーボンナノチューブの少なくともいずれかを含むことを特徴とする生体情報検出部用塗料。
【請求項３０】
請求項２８に記載の生体情報検出部用塗料において、
前記導電性材料は、透明かつ導電性を有する金属酸化物又は透明かつ導電性を有する高分子の少なくとも一方を含むことを特徴とする生体情報検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、車両や船舶、飛行機などを運転或いは操縦する者の心拍や脳波などの生体情報を検出するための生体情報検出装置、これに用いる接触部材及び生体情報検出用塗料に関する。
【背景技術】  近年、自動車の運転中における運転者の健康状態を知るための生体情報検出装置が検討されている。こうした生体情報検出装置によれば、例えば車両運転中における運転者の心拍を検出し、かかる心拍に基づいて、眠気、疲労、焦燥感或いは不整脈の有無等の運転者の健康状態を判定する手がかりとすることができる。
そして、このようにして運転者やその自動車の管理者等がその体調の変化を知ることで、その後の運転を別の人と交代したり、休憩するなどの対応をすることができる。このように、生体情報検出装置は、自動車等の運転時の安全性に貢献できるものである。
ここで、こうした生体情報検出装置としては、自動車のハンドル部分に電極を設け、この電極により生体情報を検出するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】  特開平１１−２２５９７５号公報（００２０段落、００２６段落等）
しかしながら、従来の生体情報検出装置においては、生体情報の検出信号の精度が低い場合があるという問題があった。
より具体的には、当該生体情報の検出用に用いる電極の構造や材質によって個々のインピーダンスや抵抗値が変動する他、その電極が接続される増幅部において、その電極が検出した生体情報に対応する生体の信号が歪んだり、雑音が混入することがあった。そして、このように生体情報に対応する生体信号の精度が低いと、運転者の正確な健康状態を判定することができず、運転時の安全性に貢献するという、生体情報検出装置本来の役割が果たせないという問題があった。
【発明の開示】
そこで、本願の課題は、上記した問題を解決することが一例として挙げられ、生体情報に対応する生体信号の検出精度を向上させ、車両等の運転時における安全性に貢献できる生体情報検出装置、これに用いる接触部材及び生体情報検出部用塗料を提供することにある。
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、生体情報の被検出者に接触するように配置された操縦ハンドル等の接触部と、当該接触部に備えられ前記被検出者から前記生体情報を検出する電極等の生体情報検出部と、当該生体情報検出部に接続され前記検出された生体情報に対応する生体信号を増幅するアンプ等の増幅部と、により構成される生体情報検出装置において、前記生体情報検出部と前記増幅部との間の抵抗値と、前記接触部に接触する被検出者と前記生体情報検出部との間のインピーダンスと、の和が、前記増幅部における入力インピーダンスの１００分の１以下である構成とする。
上記課題を解決するために、請求項１８に記載の発明は、請求項１乃至請求項１７のいずれか１項に記載の生体情報検出装置に含まれる接触部として用いられる操縦ハンドル等の接触部材であって、電極等の前記生体情報検出部は、抵抗値が５ｋΩ以下である構成とする。
上記課題を解決するために、請求項２８に記載の発明は、被検出者から生体情報を検出するための電極等の検出部を形成する生体情報検出部用塗料であって、体積抵抗率が２５Ωｃｍ以下の導電性材料と、エポキシ系樹脂と、硬化剤とからなる構成とする。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の一の実施形態にかかる生体情報検出装置の概略及びその等価回路を示す図である。
図２は、図１の操縦ハンドルにおける電極が形成された部位を示す図である。
図３は、本発明の一の実施形態にかかる装置の生体情報を送信する構成を示す図である。
図４は、本発明の他の実施形態にかかる生体情報検出装置の概略を示す図である。
図５は、本発明の更に他の実施形態にかかる生体情報検出装置の概略を示す図である。
図６は、実施例及び比較例の心電図波形を示す図である。
【符号の説明】
１…操縦ハンドル
２…ステアリングホイール
３…スポーク
４１、４２、７２、８２…電極
５１、５２…手
６…交流差動アンプ
７…サイドブレーキ部材
８…肘掛部材
１０、１１、１２…生体情報検出装置
Ｖａ１、Ｖａ２…心拍により発生する電位（初期電位）
Ｖｂ１、Ｖｂ２…アンプに入力される電位
Ｒ１、Ｒ２…電極−アンプ間抵抗値
ｒ１、ｒ２…電極インピーダンス（抵抗分）
Ｃ１、Ｃ２…電極インピーダンス（静電容量分）
Ｚ１、Ｚ２…アンプの入力インピーダンス
【発明を実施するための最良の形態】  次に、本発明に好適な実施の形態について、図面に基づいて説明する。
なお、以下に説明する本実施形態の生体情報検出装置は、生体情報の被検出者に接触するように配置された接触部としての自動車の操縦ハンドルと、この操縦ハンドルに備えられた生体情報検出部としての電極と、この電極に接続される増幅部としてのアンプと、により構成され、生体情報の被検出者をその自動車の運転者とし、生体情報としてその運転者の心拍数を検出するために、心電図波形を出力するものである。
始めに、実施形態に係る生体情報検出装置の構成を、図１を用いて説明する。
図１（ａ）に示すように、本実施形態の生体情報検出装置１０は、操縦ハンドル１と、電極４と、交流差動アンプ６と、を備えている。
このとき、操縦ハンドル１は、ステアリングホイール２と、このステアリングホイール２を支持するスポーク３と、により構成されている。そして、当該操縦ハンドル１において、ステアリングホイール２の左右両側には、その表面に一対の電極（右側の電極４１及び左側の電極４２）が形成され、生体情報としての運転者の心拍（換言すれば、運転者の手における電位）を検出する。そして更に、電極４１及び４２は、当該各電極４１及び４２間の電位差を検出する交流差動アンプ６（以下、交流差動アンプ６を単にアンプ６ともいう。）に接続されている。なお、本願において、左右とは、その部材等の使用状態における左右をいうものとする。
次に、図１（ａ）に示す構成の電気的な等価回路について、図１（ａ）及び図１（ｂ）を用いて説明する。図１（ｂ）に示す等価回路において、Ｖａ１及びＶａ２は、心臓の鼓動に応じて左右の手に夫々発生する電位である（以下、Ｖａ１、Ｖａ２を初期電位Ｖａという。）。一方、図１（ａ）に示すＲ１及びＲ２は、電極４１及び４２とアンプ６との間の抵抗の値であり、Ｒ１は、操縦ハンドル１の電極４１上で運転者の手５１が触れた位置からアンプ６までの間の抵抗値を示す（以下、Ｒ１、Ｒ２を電極−アンプ間抵抗値Ｒという。）。ここで、電極−アンプ間抵抗値Ｒは、電極４１及び４２の材質とアンプ６からの距離、電極４１及び４２の運転者の手が触れた位置から当該電極４１及び４２の端までの長さ、及び幅並びに膜厚等によって決まる抵抗値であるが、詳しくは後述する。
次に、ｒ１、Ｃ１及びｒ２、Ｃ２は、夫々、運転者の手５１及び５２と電極４１及び４２との間のインピーダンスを示し、電極インピーダンス若しくは接触インピーダンスとよばれる（以下、本願においては、電極インピーダンスｒ及びＣという）。なお、ｒは、運転者の手５１及び５２と電極４１及び４２の間に存在する抵抗分を示し、Ｃは、運転者の手５１及び５２と電極４１及び４２との間に存在する静電容量分を示す。また、Ｚ１及びＺ２はアンプ６における入力端子毎の入力インピーダンスを示す。
ここで、電極４１から得られる電位Ｖａ１と電極４２から得られる電位Ｖａ２との間の電位差に、所定の増幅を行えば心電図波形が得られる。
すなわち、まず右側の電極４１について考えると、本来は初期電位Ｖａ１がそのままアンプ６の入力値として得られることが望ましいが、実際には、電極−アンプ間抵抗値Ｒ１と電極インピーダンスｒ１及びＣ１との和と、アンプの入力インピーダンスＺ１との間で分圧された値Ｖｂ１が、アンプ６の入力値となる。
同様に、左側の電極４２においても、初期電位Ｖａ２が、電極−アンプ間抵抗値Ｒ２と電極インピーダンスｒ２及びＣ２との和と、アンプの入力インピーダンスＺ２との間で分圧された値Ｖｂ２が、アンプ６の入力値となる。
そして、本実施形態においては、電極−アンプ間抵抗値Ｒ（Ｒ１又はＲ２）と、電極インピーダンスｒ及びＣ（ｒ１及びＣ１又はｒ２及びＣ２）との和が、アンプ６の入力インピーダンスＺ（Ｚ１又はＺ２）の１００分の１以下とされている。より具体的には、電極−アンプ間抵抗値Ｒ１と、電極インピーダンスｒ１及びＣ１との和が、アンプの入力インピーダンスＺ１の１００分の１以下とされており、また、電極−アンプ間抵抗値Ｒ２と、電極インピーダンスｒ２、Ｃ２との和が、アンプの入力インピーダンスＺ２の１００分の１以下とされている。なお、電極−アンプ間抵抗値Ｒ（Ｒ１又はＲ２）と、電極インピーダンスｒ及びＣ（ｒ１及びＣ１又はｒ２及びＣ２）との和の下限値は、特に限定されないが、アンプ６の入力インピーダンスＺ（Ｚ１又はＺ２）の１００００分の１以上とする。
このとき、電極−アンプ間抵抗値Ｒと、電極インピーダンスｒ及びＣとの和をこのような範囲とすることで、個々のインピーダンスや抵抗値が変動することや、周波数特性をもつ電極インピーダンスにより、アンプ６の（＋）入力部と（−）入力部で原信号（初期電位）Ｖａ１又はＶａ２が歪んだり、雑音が混入されることが抑制できる。その結果、アンプ６から正確な心電図波形が得られるようになるのである。
ここで、アンプ６の入力インピーダンスＺは、通常、夫々１ＭΩ以上であるため、電極−アンプ間抵抗値Ｒと電極インピーダンスｒ及びＣとの和は１０ｋΩ以下とする。このような範囲とすることにより、上述のように、電極−アンプ間抵抗値Ｒと、電極インピーダンスｒ及びＣとの和が、アンプの入力インピーダンスＺの１００分の１以下となる。より具体的には、抵抗値Ｒ１と電極インピーダンスｒ１及びＣ１との和を１０ｋΩ以下とし、抵抗値Ｒ２と電極インピーダンスｒ２及びＣ２との和も１０ｋΩ以下とする。なお、電極−アンプ間抵抗値Ｒと電極インピーダンスｒ及びＣとの和の下限値は、特に限定されないが、通常、０．１ｋΩ程度である。この下限値については、後述する。
この時、抵抗値Ｒ並びに電極インピーダンスｒ及びＣの和が上述の範囲内であれば、電極−アンプ間抵抗値Ｒや電極インピーダンスｒ及びＣの夫々の値は特に限定されないが、通常、各値は以下のように設定される。
すなわち、電極−アンプ間抵抗値Ｒは、アンプ６の入力インピーダンスＺの２００分の１以下とする。具体的には、抵抗値Ｒ１は、アンプ６の入力インピーダンスＺ１の２００分の１以下とし、また、抵抗値Ｒ２も、アンプ６の入力インピーダンスＺ２の２００分の１以下とする。なお、電極−アンプ間抵抗値Ｒの下限値は、特に限定されないが、通常、アンプ６の入力インピーダンスＺの２．３×１０５分の１以上とする。
そして、アンプ６の入力インピーダンスＺは、上述したように通常１ＭΩ以上であるため、電極−アンプ間抵抗値Ｒは５ｋΩ以下とする。このような範囲とすることにより、上述のように、電極−アンプ間抵抗値Ｒが、アンプ６の入力インピーダンスＺの２００分の１以下となる。具体的には、抵抗値Ｒ１及びＲ２を、夫々に５ｋΩ以下とする。
ここで、上述した如く電極−アンプ間抵抗値Ｒを５ｋΩ以下とするために、電極４１及び４２には、その抵抗値が５ｋΩ以下となる導電性樹脂等を用いる。こうした導電性樹脂の材料（導電性成分）としては、体積抵抗率ρが２５Ωｃｍ以下の材料を使用することができる。そうした材料としては、銀、ニッケル、金、パラジウム、炭素又はカーボンナノチューブの少なくともいずれかを含むものが好ましく用いられる。なお、各材料の体積抵抗率は、銀（Ａｇ）；１．１×１０−４Ωｃｍ、ニッケル（Ｎｉ）；２．７×１０−１Ωｃｍ、金（Ａｕ）；２．１×１０−２Ωｃｍ、パラジウム（Ｐｄ）；８．２×１０−２Ωｃｍ、炭素（Ｃ）；１．３×１０−１Ωｃｍである。このうち、銀の体積抵抗率が最も低いため、銀は、電極４１及び４２の高性能な導電材料として好ましく用いられる。また、導電性成分の材料の体積抵抗率ρの下限値は、特に限定されないが、通常、銀の体積抵抗率ρである１．１×１０−４Ωｃｍとする。
また、導電性の材料として、透明かつ導電性を有する金属酸化物又は透明かつ導電性を有する高分子の少なくとも一方を含む材料がより好ましく用いられる。これらの金属酸化物又は高分子を含む材料は、導電性を有するため、上述のように電極−アンプ間抵抗値Ｒを５ｋΩ以下とすることができる。更に、これらの材料は、透明であるために、後述する塗料に含ませて導電性樹脂層４５を形成したときに、導電性樹脂層４５が形成される部材の色が現れるため、導電性樹脂層４５が形成される部材の色と、この部材の周りの部材、例えば、車両の内装とを調和させることができる。そのため、上述の銀等の導電性成分に比べて、意匠性を高めることができる。
ここで、透明かつ導電性を有する金属酸化物としては、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＡＴＯ（Ａｎｔｉｍｏｎｙ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）等が挙げられる。なお、これらの各材料の体積抵抗率ρは、ＩＴＯ；９×１０−３Ωｃｍ、ＡＴＯ；５×１０−３Ωｃｍ、ＡＺＯ；２×１０−４Ωｃｍであり、いずれも上述の２５Ωｃｍ以下である。また、透明かつ導電性を有する高分子としては、一般に導電性高分子と呼ばれるもの、例えば、電子受容体又は電子供与体がドープされたポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン等が挙げられる。なお、導電性高分子は、導電率が１０−７Ｓ・ｃｍ−１以上の値を示す高分子である。
なお、本実施形態においては、電極４１及び４２は、操縦ハンドル１のステアリングホイール２上に導電性樹脂層４５として形成されている。この導電性樹脂層４５を形成する塗料は、上述の電極４１及び４２の材料として用いられる銀、ニッケル、金、パラジウム、炭素又はカーボンナノチューブの少なくともいずれかを導電性成分として含有し、バインダー成分としてエポキシ系樹脂等を含有し、更に硬化剤を含有している。この塗料には、上述の導電性成分を７０〜８０質量％程度含有させる。なお、この塗料に含まれる導電性成分としては、塗装後の剥がれ落ちやクラック発生等の品質劣化の問題を考慮すると、銀がもっとも安定しており、好ましく用いられる。
更に、導電性樹脂層４５を形成するために、上述の導電性成分を含有する塗料を操縦ハンドル１の表面に塗装する。この塗装面積及び膜厚は、操縦ハンドル１の大きさから、通常、長さ５０ｃｍ程度、幅５ｃｍ程度、膜厚５０μｍ程度とされる。上述のように、導電性成分の体積抵抗率ρを２５Ωｃｍ以下とすることにより、下記式（１）のように、塗装面（＝電極４１及び４２）の抵抗値を５ｋΩ以下とすることができる。
５ｋΩ＞ρ×５０（ｃｍ）／（５（ｃｍ）×５０（μｍ））      …（１）
（公式；抵抗値＝ρ×長さ／（幅×膜厚）  による）
なお、式（１）に従って、（ρ×長さ／断面積）の値が５ｋΩよりも小さくなれば、電極４１及び４２の面積（長さ及び幅）や膜厚は、特に限定されない。ここで、上述の抵抗値Ｒの下限値は、特に限定されないが、上述の体積抵抗率ρが最も低い銀を用い、接触部位より塗装面端までの長さを最低で１ｃｍ程度とすると、抵抗値Ｒは４．４×１０−３Ω以上となる。
一方、電極インピーダンスｒ及びＣは、アンプ６における入力インピーダンスＺの２００分の１以下とする。具体的には、電極インピーダンスｒ１及びＣ１は、アンプ６における入力インピーダンスＺ１の２００分の１以下とし、また、電極インピーダンスｒ２及びＣ２も、アンプ６における入力インピーダンスＺ２の２００分の１以下とする。なお、電極インピーダンスｒ及びＣの下限値は、特に限定されないが、通常、アンプ６における入力インピーダンスＺの１００００分の１以上とする。
ここで、アンプ６の入力インピーダンスＺは、通常、１ＭΩ以上であるため、電極インピーダンスｒ及びＣは５ｋΩ以下となる。このような範囲とすることにより、上述のように、電極インピーダンスｒ及びＣが、アンプ６の入力インピーダンスＺの２００分の１以下となる。具体的には、電極インピーダンスｒ１及びＣ１は５ｋΩ以下とし、また、電極インピーダンスｒ２及びＣ２も５ｋΩ以下とする。
そして、電極インピーダンスｒ及びＣを５ｋΩ以下とするために、電極４１及び４２は、操縦ハンドル１の左右夫々について、運転者の手５１及び５２と電極４１及び４２との接触面積が一箇所につき２ｃｍ２以上となるように形成する。ここで、電極インピーダンスｒ及びＣは、上述のように周波数特性を有し、周波数が低くなるほど電極インピーダンスが大きくなる。例えば、銀を電極４１及び４２の導電性成分として用いた場合には、心電図の周波数成分の下限を１Ｈｚ前後と考えると、１Ｈｚに対する電極インピーダンスは１０ｋΩ程度である（より詳細には、例えば、脳波電極ポケット知識＜電極とペーストのお話＞（１９９３年６月９日、ＮＥＣ三栄）Ｐ１６参照）。この値は、医療用に使用される１ｃｍ２程度の面積の電極を用いた場合の値である。しかし、接触面積を大きくすれば、ｒが小さくなり、Ｃによって形成される容量性のインピーダンスも下がるので、電極インピーダンスｒ及びＣは小さくなる。よって、操縦ハンドル１に形成する電極４と運転者の手５との接触面積を２ｃｍ２以上とすることにより、電極インピーダンスｒ及びＣを１０ｋΩの１／２以下、すなわち５ｋΩ以下まで下げることができる。更に、この接触面積を２５ｃｍ２以上とすることにより、電極インピーダンスｒ及びＣを１０ｋΩの１／２５以下、すなわち０．４ｋΩ程度まで下げることができる。更にまた、この接触面積を運転者の手のひらが全て電極４に接触した状態を考え、１００ｃｍ２以下とすることにより、電極インピーダンスｒ及びＣを１０ｋΩの１／１００以下、すなわち０．１ｋΩ程度まで下げることができる。そのため、被検出者と生体情報検出部の間のインピーダンス（電極インピーダンスｒ及びＣ）の下限値は、特に限定されないが、通常、０．１ｋΩ程度である。
以上より、抵抗値Ｒと電極インピーダンスｒ及びＣとの和の下限値は、上述のように０．１ｋΩ以上とし、上述の抵抗値Ｒの下限値と、上述の電極インピーダンスｒ及びＣの下限値と、の和としたが、電極インピーダンスｒ及びＣの下限値にほぼ等しくなる。
このような構成とするには、例えば、図２（ａ）に示すように、運転者に面しない下部面全域に、電極４１及び４２として、右側の電極４１と左側の電極４２とが接触しないように導電性樹脂層４５を形成する。なお、図２は操縦ハンドル１のステアリングホイール２における電極が形成された部位を示す図である。
次に、こうした本実施形態の生体情報検出装置１０により得られた電位情報が、交流差動アンプ６から出力された後の流れについて図３を用いて説明する。なお、図３は、本実施形態の生体情報検出装置１０の具体的構成の一例を示すブロック図である。
図３に示すように、実施形態の生体情報検出装置１０には、電極４１及び４２間の電位差を検出する交流差動アンプ６と、交流差動アンプ６の出力信号から不要なノイズ成分を除去するローパスフィルタ（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）１７と、ＬＰＦ１７の出力を増幅するアンプ１８と、アンプ１８よりの心拍信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器１９と、Ａ／Ｄ変換器１９よりのディジタル心拍信号を入力データとして心拍データ送信装置７の動作制御を行うＣＰＵ２０と、変換されたディジタル心拍信号を一時的に記憶するバッファ２１と、ＣＰＵ２０に動作クロックを与えるクロック発生器２５と、からなる心拍データ送信装置７が含まれている。
次にその動作を図１乃至図３を用いて説明する。
先ず、運転者が車両を運転すべくステアリングホイール２を手５１及び５２で握ると、運転者の両手がステアリングホイール２の表面に装着された一対の電極４１及び４２に接触する。このとき、電極４１及び４２は、電位式心拍センサを構成しており、心臓の電気的な興奮に伴って発生する運転者の両手間のパルス状電位（心筋活動電位）を電極４１及び４２から検出し、心臓の鼓動を検出する。そして、電極４１及び４２により検出された電位は交流差動アンプ６に入力され、電極４１及び４２間の電位差を検出する。次に、交流差動アンプ６の出力はＬＰＦ１７に入力されて車両から発生するノイズなどの種々のノイズが除去され、当該出力のうちの２０Ｈｚ心拍信号成分（約２０Ｈｚ）のみが通過される。そして、ＬＰＦ１７を通過した心拍信号は、アンプ１８により所定レベルに増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１９によりディジタル信号に変換される。その後、このディジタル心拍信号波形すなわちディジタル心筋活動電位データはＣＰＵ２０に入力され、ＣＰＵ２０よりバッファ２１に入力されて一時的に記憶される。このときディジタル心拍データがＣＰＵ２０に入力された時刻すなわち運転者の心拍が何時に検出されたのかという情報を併せて記憶しておくこともできる。なお、ＣＰＵ２０にはクロック発生器２５により動作クロックが供給されている。
このように電極４１及び４２で検出された運転者の手の心拍による電位を適宜増幅等することにより、心電図波形が得られる。
なお、電極４１及び４２で検出された電位のデータを以下のように利用することができる。すなわち、例えば、運転者の運転中における生体情報をリアルタイムで他の装置に送信し、その装置により運転者の健康状態を診断し、異常と診断されれば直ちに運転者に警告することができる。また、運転中における生体情報を所定の装置に格納しておき、運転者が運転を終えた後に、その運転中の運転者の生体情報を知らせることができるようにしてもよい。このように、運転者の生体情報を運転者に知らせる装置として、車載用ナビゲーション装置が好ましく用いられる。
以上説明したように、本実施形態の生体情報検出装置１０によれば、電極−アンプ間抵抗値Ｒと、電極インピーダンスｒ及びＣとの和が、アンプ６における入力インピーダンスＺの１００分の１以下であることにより、生体情報として運転者の心臓の鼓動に応じて発生する手の生体（電位）信号が歪んだり、生体信号に雑音が混入されることが抑制される。そのため、アンプ６において、正確な電位を増幅して出力することができ、正確な心電図波形を得ることができる。このように、本実施形態の生体情報検出装置１０により、走行時においても運転者の心拍検出を安定して行うことが可能となる。
また、本実施形態に用いられる自動車の操縦ハンドル１によれば、電極４１は、その抵抗値が５ｋΩ以下であることにより、電極４１−アンプ６間の抵抗値Ｒ１が５ｋΩ以下となる。また、電極４２は、その抵抗値が５ｋΩ以下であることにより、電極４２−アンプ６間の抵抗値Ｒ２が５ｋΩ以下となる。この抵抗値Ｒ１、Ｒ２は、夫々、通常１ＭΩ程度あるアンプ６の入力インピーダンスＺ１又はＺ２の２００分の１以下となる。そのため、電極−アンプ間抵抗値Ｒと、電極インピーダンスｒ及びＣとの和が、アンプ６における入力インピーダンスＺの１００分の１以下とすることができる。これにより、生体情報の運転者の心臓の鼓動に応じて発生する手の電位信号が、アンプ６の入力部において歪んだり、電位信号に雑音が混入されることが抑制される。そのため、アンプ６において、正確な電位を増幅して出力することができ、正確な心電図波形を得ることができる。このように、本実施形態の生体情報検出装置１０により、走行時においても運転者の心拍検出を安定して行うことが可能となる。
また、本実施形態に用いられる電極形成用の塗料によれば、体積抵抗率ρが２５Ωｃｍ以下の導電性材料で構成されるため、例えば、この塗料を２５０ｃｍ２（５ｃｍ×５０ｃｍ）程度の面積、５０μｍ程度の膜厚で塗装して形成した電極４１及び４２では、その抵抗値を５ｋΩ以下とすることができる。そのため、電極４１（又は４２）−アンプ６間の抵抗値Ｒが５ｋΩ以下となる。この抵抗値Ｒは、通常１ＭΩ程度あるアンプ６の入力インピーダンスＺの２００分の１以下となる。そのため、電極−アンプ間抵抗値Ｒと、電極インピーダンスｒ及びＣとの和が、アンプ６における入力インピーダンスＺの１００分の１以下とすることができる。これより、生体情報の運転者の心臓の鼓動に応じて発生する手の生体信号が、アンプ６の入力部において歪んだり、生体信号に雑音が混入されることが抑制される。そのため、アンプ６において、正確な電位を増幅して出力することができ、正確な心電図を得ることができる。このように、生体情報検出装置により、走行時においても運転者の心拍検出を安定して行うことが可能となる。
次いで、上述の生体情報検出装置１０の実施形態について、その変形形態を説明する。
上記の生体情報検出装置１０の実施形態においては、自動車の操縦ハンドル１を、生体情報の被検出者が接触する部材として説明したが、これに限定されるものではなく、自動車、船又は飛行機等の乗り物のいずれかの操縦部に対して本願を適用することができる。また、人が接触することや握ることができる部材であれば、操縦ハンドル以外の部材であってもよく、例えば、スロットルレバーや、機械や装置の作動や操縦に用いられるスイッチ等を用いることができる。
更に、生体情報の被検出者が接触する部材は、自動車、船又は飛行機の少なくともいずれかを操縦するために用いられる操縦部と、この操縦部を用いて操縦する被検出者が接触することによりこの被検出者を補助するように構成されている補助用接触部と、からなる形態としてもよい。この形態について、図４及び図５に示した生体情報検出装置１１及び１２を用いて説明する。なお、図４及び図５において、図１に示す部材と同様の機能を有する部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
生体情報検出装置が自動車に設けられる場合に、補助用接触部は、例えば、図４に示すような補助的なブレーキとして用いられるサイドブレーキ部材７、図５に示すような腕を休めるために用いられる肘掛部材８、又は、車の変速装置が自動式（いわゆるオートマチック車）の場合に駐車や運転等の機能を選択するために用いられたり、車の変速装置が手動式（いわゆるマニュアル車）の場合に変速装置を切り替えるために用いられるシフトレバー部材となる。また、補助用接触部は、その他に、被検出者が自動車等を操縦する際にその操縦を補助したり、被検出者の身体を補助する部材等が用いられる。補助用接触部としては、これらの部材の少なくともいずれかが用いられる。
また、図４に示すように、生体情報検出装置１１は、操縦部であるハンドル１に備えられた生体情報検出部である電極４２と、補助用接触部であるサイドブレーキ部材７に備えられた生体情報検出部である電極７２とが、増幅部であるアンプ６の手前で接続されるように構成することができる。なお、電極４２と電極７２とは、短絡していてもよい。
このような構成により、アンプ６は、電極４２と電極７２のうち、被検出者が接触している方の生体信号を検出して、この信号を増幅し、所期の効果を得ることができる。なお、図４においては、左手側の電極（−）４２及び７２のみについて接続する構成としたが、右手側の電極（＋）４１についても補助用接触部を設け、同様に構成してもよい。
更に、図５に示すように、生体情報検出装置１２は、増幅部であるアンプ６は、ハンドル１に備えられた電極４２又は補助用接触部である肘掛部材８に備えられた生体情報検出部である電極８２の、被検出者が接触しているいずれか一方により検出された生体信号を増幅するように構成することができる。
このような構成により、アンプ６は、被検出者が接触している方の生体信号を検出して増幅し、所期の効果を得ることができる。なお、図５においては、左手側の電極（−）４２及び８２のみについて、アンプ６がいずれかの生体信号を増幅するように構成したが、右手側の電極（＋）４１についても補助用接触部を設け、同様に構成してもよい。
このように、接触部として、操縦部の他に補助用接触部を設けることにより、自動車等を運転する被検出者が、操作用ハンドル等の主となる操縦部を両手で握っていない場合においても、操縦部に触れていない方の手又は腕が補助用接触部に接触していれば、被検出者の生体情報を検出することができる。なお、被検出者の生体情報の信号を得るために、接触部に設けられる生体情報検出部としての電極には、少なくとも被検出者の指、手、腕又は肘等の肌が接触している必要がある。
具体的に、本実施形態の生体情報検出装置１１、１２においては、アンプ６は、二つの系統の電極（４１）と（４２、７２又は８２）から生体信号を増幅する場合に、アンプ６は、一方の系統の操縦部１に備えられた電極４１に被検出者が接触して検出された生体信号と、他方の系統の操縦部１に備えられた電極４２又はサイドブレーキ部材７に備えられた電極７２、肘掛部材８２に備えられた電極８２のうち、被検出者が接触しているいずれか一方により検出された生体信号と、を増幅するものである。
また、生体情報検出部としての電極は、自動車、船又は飛行機の操縦部又は補助用接触部に設ける際に、既存の操縦部や補助用接触部に導電性樹脂層からなる電極のユニットを取り付けて、このユニットから増幅部としてのアンプに接続することができる。一方、生体情報検出部としての電極は、自動車、船又は飛行機の操縦部又は補助用接触部に、上述の塗料を直接塗装してもよい。
なお、図４及び図５に示される生体情報検出装置の実施形態においては、増幅部において、操縦部と補助用接触部のいずれかから得られる生体情報の信号を増幅するため、その等価回路は、図１（ｂ）に示されるものと同様である。また、図４においては、左手５２がハンドル１及びサイドブレーキ部材７に掛けられており、図５においては、左手５２がハンドル１及び肘掛部材８に掛けられているが、これらの図は便宜的なものであって、実際に左手５２は、ハンドル１、サイドブレーキ部材７又は肘掛部材８のいずれかに掛けられているか、いずれにも掛けられていないものである。
上記の生体情報検出装置の実施形態においては、電極４１及び４２は、操縦ハンドル１に備えられた導電性樹脂層４５からなるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、上記所定の体積抵抗率を有する材料を用い、上記所定の生体情報の被検出者の手５１及び５２との接触面積を有していればよい。具体的には、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、操縦ハンドル１のステアリングホイール２自体を体積抵抗率が２５Ωｃｍ以下である材料で形成した電極４６としてもよい。電極４６を形成する位置は、特に限定されず、図２（ｂ）のようにステアリングホイール２の一部分のみに設けてもよいし、図２（ｃ）のようにステアリングホイール２を一周するように設けてもよい。また、一部分に設ける場合にも、その位置は特に限定されない。このように、電極４１及び４２の形態は、特に限定されず、上述の抵抗値Ｒと電極インピーダンスｒ及びＣを提供できるようなものであればよい。
なお、電極４１及び４２を導電性樹脂層４５により形成した場合に、その導電性樹脂層用の塗料を塗布する位置は特に限定されるものではないが、通常、上述の実施形態のように、操縦ハンドル１のステアリングホイール２における運転者に面しない側のみとされる。このように形成すると、操縦ハンドル１の美観を損なわずに、生体情報検出装置における電極としての機能を果たすことができる。なお、電極４１及び４２は、ステアリングホイール２の運転者に面する側のみに設けたり、ステアリングホイール２の外側のみ又は内側のみに設けたり、ステアリングホイール２の外面を一周するように設けてもよい。ただし、左右の各電極４１及び４２を接触させないようにする必要がある。
上記の生体情報検出装置の実施形態においては、電極を一対の電極４１及び４２から形成しているが、これに限定されるものではなく、例えば、一の電極から形成されていてもよいし、三以上の電極から形成してもよい。また、同様の実施形態においては、交流差動アンプ６を増幅部として用いているが、これに限定されるものではなく、電位を検出する電極に応じて、電位を増幅する機能を有するものであればよい。
【実施例】  上述の実施形態の実施例と比較例により、電極−アンプ間抵抗Ｒと電極インピーダンスｒ及びＣの心電図波形への影響を具体的に説明する。なお、いずれの場合にも、アンプ６の入力インピーダンスＺは、１ＭΩ程度である。
（Ｉ）実施例
先ず、電極−アンプ間抵抗Ｒを５ｋΩ以下とし、電極インピーダンスｒ及びＣを０．４ｋΩとした場合の心電図波形を図６（ａ）に示す。この場合の電極−アンプ間抵抗Ｒと、電極インピーダンスｒ及びＣとの和は、少なくともアンプ６の入力インピーダンスＺの１００分の１以下である。また、電極−アンプ間抵抗Ｒ並びに電極インピーダンスｒ及びＣは、夫々アンプ６の入力インピーダンスＺの２００分の１以下である。
（ＩＩ）比較例１
次に、電極−アンプ間抵抗Ｒを１００ｋΩとし、電極インピーダンスｒ及びＣを０．４ｋΩとした場合の心電図波形を図６（ｂ）に示す。これは、電極−アンプ間抵抗値Ｒが上述の実施形態において規定するものに比べて大きい。この場合の電極−アンプ間抵抗Ｒと、電極インピーダンスｒ及びＣとの和は、アンプ６の入力インピーダンスＺの１００分の１以上である。
（ＩＩＩ）比較例２
更に、電極−アンプ間抵抗Ｒを５ｋΩ以下とし、電極インピーダンスｒ及びＣを１０ｋΩとした場合の心電図波形を図６（ｃ）に示す。これは、電極インピーダンスｒ及びＣが上述の実施形態において規定するものに比べて大きい。この場合の電極−アンプ間抵抗Ｒと、電極インピーダンスｒ及びＣとの和は、アンプ６の入力インピーダンスＺの１００分の１以上である。
（ＩＶ）評価結果
上述の図６（ａ）乃至（ｃ）より、図６（ａ）の実施例の場合に、心電図波形が明確に現れており、最も安定して電位信号を検出できた。一方、図６（ｂ）又は（ｃ）の比較例においては、心電図波形に雑音が入ったものであり、心電図波形が見えにくく、利用しにくいものであった。
【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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【国際調査報告】
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