(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）メガネフレームのつる部の、利用者のコメカミ近傍に対応する位置に取り付けた高感度応力センサと、
（ｂ）該高感度応力センサからの情報によって人の眼瞼の瞬き動作を検出し、該検出された情報に基づいて人の眠気度を判定するマイクロコンピュータと、
（ｃ）該マイクロコンピュータからの眠気度信号に基づいて駆動されるミリガウス超低周波交流磁界発生器を備え、該ミリガウス超低周波交流磁界発生器から発生する磁界を利用者の脳に印加することを特徴とする眠気度検出・覚醒装置。
【請求項２】
請求項１記載の眠気度検出・覚醒装置において、前記ミリガウス超低周波交流磁界を発生させるコイル及び駆動回路を利用者の脳の近傍に配置することを特徴とする眠気度検出・覚醒装置。
【請求項３】
請求項２記載の眠気度検出・覚醒装置において、前記ミリガウス超低周波交流磁界を発生させるコイル及び駆動回路を利用者のコメカミ部の近傍に配置することを特徴とする眠気度検出・覚醒装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の運転者や工場の安全監視員などの実務中の眠気度を検出し、覚醒させることによって、交通事故や産業事故の防止などに寄与する眠気度検出装置及びそれと連動した覚醒装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両運転者用に提案されている眠気度センサは、（１）運転者の顔の画像をカメラで検出し、その眼瞼の動きで判定するもの、（２）心拍や脈拍をモニタするもの、（３）手の手首と小指間の皮膚の電気抵抗変化をモニタするものなど様々な試みが報告されているが、上記したものは、いずれも課題が多いため実用化には至っていない。
【０００３】
すなわち、（１）画像モニタ法は、昼間と夜間など光量が急変すると画像認識が困難であること、（２）心拍や脈拍モニタ法は、経験豊富な運転者の平静状態と眠気の区別がつきにくいこと、（３）皮膚電気抵抗変化モニタ法は科学的根拠がなく皮膚の湿度によっては判定が困難であることなどの課題がある。
【０００４】
これに対して、本発明者は既に、個人差によらず眼瞼の閉瞼時間が０．５秒以上であれば重度の眠気度であることを利用した眠気度センサを発明した（登録２００９２８７）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した眠気度センサは眼瞼に微小な磁石を貼り付けて眼瞼と同時に動く磁石の磁界をメガネフレームに固定した磁界センサで検出するものであり、磁石の貼り付けという実際上の制限があった。
【０００６】
さらに、眠気度を検出・判定した後、覚醒させる従来の方法としては、電子音警報、レモン等の刺激臭発生などが提案されているが、いずれも感覚器の外部からの刺激法であって生理的覚醒に時間がかかり、またすぐに眠気が深まることや有効性の個人差が大きいため、まだ実用化されていない。
【０００７】
本発明は、上記状況に鑑みて、迅速、かつ的確であり実用性が高い眠気度検出装置及びそれと連動した覚醒装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕眠気度検出・覚醒装置において、メガネフレームのつる部の、利用者のコメカミ近傍に対応する位置に取り付けた高感度応力センサと、この高感度応力センサからの情報によって人の眼瞼の瞬き動作を検出し、この検出された情報に基づいて人の眠気度を判定するマイクロコンピュータと、このマイクロコンピュータからの眠気度信号に基づいて駆動されるミリガウス超低周波交流磁界発生器を備え、このミリガウス超低周波交流磁界発生器から発生する磁界を利用者の脳に印加することを特徴とする。
【０００９】
〔２〕上記〔１〕記載の眠気度検出・覚醒装置において、前記ミリガウス超低周波交流磁界を発生させるコイル及び駆動回路を利用者の脳の近傍に配置することを特徴とする。
【００１０】
〔３〕上記〔２〕記載の眠気度検出・覚醒装置において、前記ミリガウス超低周波交流磁界を発生させるコイル及び駆動回路を利用者のコメカミ部の近傍に配置することを特徴とする。
【００１１】
すなわち、本発明は、本発明者が既に発明した超高感度応力センサ（応力インピーダンス効果素子、特開平１０−１７０３５５）を実用的に発展させてメガネフレームに固定し、センサヘッドが運転者の頭部のコメカミ近傍に押し当てられる構成として、眼瞼に磁石を貼ることなしに眼瞼の動きを検出し、マイクロコンピュータで眠気度を判定するように構成した。
【００１２】
さらに、本発明は、従来の覚醒法とは全く異なる原理で、ミリガウスの大きさの微小交流磁界を印加して生体内の水分子や生命イオンなどを活性化させて覚醒させるように構成した。この新しい覚醒法は、本発明者が既に発明した「微小パルス磁界発生装置及びそれを用いた血行促進・免疫力増強・組織再生システム」（特願２００１−２８６６１１）を基礎に、覚醒実験によって発明したものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。
【００１４】
図４は本発明に係る高感度応力検出装置とその回路図、図５はその高感度応力検出装置の応力による電圧振幅変化の周波数特性図（その１）である。
【００１５】
図４において、１１は負磁歪のＣｏ72.5Ｓｉ12.5Ｂ15アモルファスワイヤ（直径３０μｍ、長さ２０ｍｍ、回転水中超急冷法で作製した直径１３０μｍのアモルファスワイヤを線引きした後、４ｋｇ／ｍｍ2 の張力を与えた状態で、４７５℃、２分の加熱後、室温へ急冷させたアモルファスワイヤ、磁歪＝−３×１０-6）であり、このアモルファスワイヤ１１に正弦波交流電源１２を接続する。なお、１３は交流電流の振幅を一定に保つ内部抵抗である。
【００１６】
図５は、そのアモルファスワイヤ１１に張力を印加し、正弦波交流電源１２より、周波数ｆ、振幅１５ｍＡの正弦波交流電流を通電させた時のアモルファスワイヤ両端間の電圧の振幅Ｅｍの測定結果である。
【００１７】
この図から明らかなように、アモルファスワイヤ１１に約６ｋｇ／ｍｍ2 〔６０ＭＰａ（メガパスカル）〕の張力Ｆを印加すると、周波数ｆが５０ｋＨｚから１ＭＨｚの周波数範囲でアモルファスワイヤ１１の両端間電圧の振幅Ｅｍは上昇し、１ＭＨｚから約２０ＭＨｚの範囲では減少した。５０ｋＨｚ以上ではアモルファスワイヤ１１の両端間電圧の振幅Ｅｍは周波数ｆの増加とともに増加しており、アモルファスワイヤ１１に表皮効果が現れていることが分かる。
【００１８】
図６は上記した高感度応力検出装置のｆ＝４００ｋＨｚおよび２０ＭＨｚにおける応力による電圧振幅変化（その２）を示す図である。
【００１９】
この実施例では、図５で用いたＣｏＳｉＢアモルファスワイヤ及び正磁歪をもつ〔（Ｆｅ0.5 Ｃｏ0.5 ）72.5Ｓｉ12.5Ｂ15、直径３０μｍ、長さ２０ｍｍ、磁歪＝５×１０-6〕アモルファスワイヤに４００ｋＨｚ及び２０ＭＨｚ、振幅２０ｍＡの正弦波電流を通電し、引っ張り荷重Ｗを印加した場合のワイヤ両端間電圧の振幅Ｅｍの変化率を測定した結果である。
【００２０】
ｆ＝２０ＭＨｚの場合、ＣｏＳｉＢワイヤでは、１ｇの荷重（１３ＭＰａの張力）で、上記ワイヤ両端間電圧の振幅Ｅｍが２０％減少している。ＣｏＳｉＢアモルファスワイヤは最大抗張力３０６ＭＰａ，最大歪み（伸び率）３．４％であるので、その歪みゲージ率（電磁気量の変化率／伸び率）は１２８６となる。これは従来の最高感度をもつ半導体歪みゲージのゲージ率約２００の約６．５倍の極めて高い値である。また、２０μｍ径のＣｏＳｉＢアモルファスワイヤではゲージ率は４０００となった。ＦｅＣｏＳｉＢワイヤでも、ゲージ率は約４００であり、張力アニールを施した細いアモルファスワイヤは、著しく高いゲージ率を示すことが分かる。
【００２１】
図７は本発明に係る高感度応力検出装置の構成図であり、図８にその高感度応力検出装置（応力センサ）の応力検出の結果を示している。
【００２２】
アモルファスワイヤ２１の誘起パルス電圧は、ショットキーバリアダイオードＳＢＤ２３をバッファとして、ＲＣピークホールド回路２４で直流電圧Ｅ−ｏｕｔに出力電圧として変換している。因みに、ＩＣチップ２０は７４ＡＣ０４、Ｒは２０ＫΩ、Ｃは１００ｐＦ、ＲL は１０Ω、ＣH は１０００ｐＦ、ＲH は５１０ｋΩである。
【００２３】
発振周波数１４．３５ＭＨｚ、パルス幅１４ｎｓ（ナノ秒）、パルス電流高さ３０ｍＡとした場合、荷重１ｇで出力電圧Ｅｏｕｔは１５％減少しており、この応力センサのゲージ率は約９６０であり、半導体ストレインゲージのゲージ率２００の約５倍近い値である。ＦｅＣｏＳｉＢワイヤをヘッドとした場合は、ゲージ率は約１７０程度であるが、応力検出特性は高い線形性を示し、ダイナミックレンジは６ｇ（８２ＭＰａ）と広くなっている。
【００２４】
以下、本発明の特徴について説明する。
【００２５】
図１は本発明の実施例を示す車両運転者用居眠り検知・覚醒システムの構成例を示す図、図２はその車両運転者用居眠り検知・覚醒システムのブロック図である。
【００２６】
これらの図において、１は応力インピーダンス効果センサヘッド、２はセンサ電子回路・マイクロコンピュータ（８ビットマイクロコンピュータ）、３は電池、３Ａは発光ダイオード、４は運転シートの枕９の中に配置される覚醒用のミリガウス超低周波発生器、５はそのミリガウスパルス発生コイル、６はＣＭＯＳマルチバイブレータ、６Ｄは発光ダイオード３Ａの光を受けてこれを受信してＣＭＯＳマルチバイブレータ６を駆動するスイッチ、７は運転者Ａのメガネフレームのつる部、８は車両のハンドル、９は運転シートの枕である。
【００２７】
そこで、運転者Ａのメガネフレームのつる部７に高密度実装形または集積回路形のアモルファス磁歪ワイヤ応力インピーダンス効果センサヘッド１を固定する。このヘッド１は直径２０ミクロンのＣｏＳｉＢ負磁歪アモルファスワイヤを表面に張り渡した直径１５ミリの円筒型センサヘッドであり、そのヘッド１を運転者Ａの頭部コメカミ近傍に軽く押し当てる。
【００２８】
そこで、瞬きにおける眼筋収縮による皮膚の変形応力を応力インピーダンス効果センサヘッド１で検知し、瞬き波形を運転者Ａのメガネフレームのつる部７に固定したマイクロコンピュータ２に入力して、そのマイクロコンピュータ２の情報処理により、閉瞼時間が０．４秒以上になれば重度眠気として判定する。
【００２９】
応力インピーダンス効果センサヘッド１はＣＭＯＳ回路でパルス動作であり、消費電力は５ミリワット程度である。また、マイクロコンピュータ２の演算は軽度であり、消費電力は２０ミリワット程度である。したがって、電池３はボタン電池でよく、応力インピーダンス効果センサ１の検出動作を例えば５秒毎に２秒間動作させるような間歇動作方式にする。
【００３０】
次に、本発明の実施例を示す覚醒装置について説明する。
【００３１】
図３は本発明にかかる覚醒用のミリガウス超低周波発生器の構成を示す図である。
【００３２】
この図において、４は覚醒用のミリガウス超低周波発生器、５はミリガウス超低周波交流磁界を発生させるコイル、６はミリガウス超低周波交流磁界を発生させるコイルの駆動回路としてのＣＭＯＳマルチバイブレータであり、この駆動回路６は、回路Ａと回路Ｂとからなる。
【００３３】
その回路Ａ（パルス電圧発生回路）は、２個のＣＭＯＳインバータＱ1 ，Ｑ2 とＲとＣによる方形電圧発振回路（マルチバイブレータ）６Ａと、その方形電圧発振回路（マルチバイブレータ）６Ａからの発振電圧をパルス電圧に変換する微分回路（Ｒd ，Ｃd ）６Ｂ、およびその微分回路６Ｂのパルス電圧を整形・増幅するＣＭＯＳインバータＱ3 からなる。発振周波数ｆは、ｆ＝０．１／ＲＣ〔Ｈｚ〕であり、１〜１０Ｈｚを得るためには、Ｒ＝５０ｋΩ、Ｃ＝５〜５０μＦを使用する。
【００３４】
また、回路Ｂは、２個のＣＭＯＳインバータＱ4 ，Ｑ5 と３ＲとＣによる方形波電圧発振回路（マルチバイブレータ）６Ｃと、その方形波電圧を整形・増幅するＣＭＯＳインバータＱ6 からなる。発振周波数が０．５Ｈｚ程度の方形波発振回路であり、その正電圧半周期の出力電圧で、アナログスイッチＡＳ６Ｄを閉じて回路Ａのパルス電流をミリガウス超低周波交流磁界を発生させるコイル５に印加し、ミリガウスのパルス磁界を発生させる。
【００３５】
すなわち、覚醒用のミリガウス超低周波発生器４は、マイクロコンピュータ２により眠気度信号が得られると駆動される発光ダイオード３Ａの光によりスイッチ（光応動スイッチ）６Ｄがオンになり、ＣＭＯＳマルチバイブレータ６を駆動して、直径１２センチの１００ターン巻きミリガウスパルス発生コイル５に５ミリアンペアの４ヘルツ電流を通電する。このように、ＣＭＯＳマルチバイブレータ回路６により簡単に構成される。消費電力は１ミリワット程度であり、単４電池２個で多数回動作させることができる。
【００３６】
覚醒の原理は革新的である。ミリガウスの交流磁界により、生体内の水分子クラスタおよび生命イオンが地磁気の中でサイクロトロン共振を発生し、プロトン交換の定在波ループが発生して、分子の自己組織化の核となり、生体の生命活動の活性化を増強的に促進して、休眠状態の脳を覚醒させるものである。
【００３７】
このため、ミリガウス交流磁界発生コイル５の設置は、運転シートの枕９のほか、運転者（利用者）の帽子（図示なし）の中など脳の近傍がよい。
【００３８】
なお、ミリガウス発生は応力インピーダンス効果センサ１と連動せず、例えば、５分ごとに１０秒間発生させる方式でもよい。
【００３９】
また、小形のミリガウスパルス発生コイルをメガネフレームのつる部に固定してコメカミ部に磁界を印加したり、メガネフレームのつる部に覚醒機能を有する超小型の音波発生装置や振動装置を実装するようにしてもよい。
【００４０】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００４１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００４２】
（Ａ）迅速、かつ的確であり実用性が高い眠気度検出装置及びそれと連動した覚醒装置を提供することができる。
【００４３】
（Ｂ）特に、超高感度応力センサを実用的に発展させてメガネフレームに固定し、センサヘッドが運転者の頭部のコメカミ近傍に押し当てられる構成としたため、眼瞼に磁石を貼ることなしに眼瞼の動きを検出し、マイクロコンピュータで眠気度を判定することができる。
【００４４】
（Ｃ）さらに、従来の覚醒法とは全く異なる原理で、ミリガウスの大きさの微小交流磁界を印加して生体内の水分子や生命イオンなどを活性化させて覚醒させることができる。
【００４５】
（Ｄ）例えば、車両の運転者等が居眠りで事故を起こす前に眠気度を検出し、覚醒させることができる。
【００４６】
（Ｅ）メガネフレームに一体化して、眠気度検出・覚醒装置を実装するようにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を示す車両運転者用居眠り検知・覚醒システムの模式図である。
【図２】  本発明の実施例を示す車両運転者用居眠り検知・覚醒システムのブロック図である。
【図３】  本発明にかかる覚醒用のミリガウス超低周波発生器の構成を示す図である。
【図４】  本発明に係る高感度応力検出装置とその回路図である。
【図５】  本発明に係る高感度応力検出装置の応力による電圧振幅変化の周波数特性図（その１）である。
【図６】  本発明に係る高感度応力検出装置の応力による電圧振幅変化（その２）を示す図である。
【図７】  本発明に係る高感度応力検出装置の構成図である。
【図８】  本発明に係る高感度応力検出装置（応力センサ）の応力検出の結果を示す図である。
【符号の説明】
１    応力インピーダンス効果センサヘッド
２    センサ電子回路・マイクロコンピュータ
３    電池
３Ａ    発光ダイオード
４    覚醒用のミリガウス超低周波発生器
５    ミリガウスパルス発生コイル
６    ＣＭＯＳマルチバイブレータ（駆動回路）
６Ａ，６Ｃ    方形電圧発振回路（マルチバイブレータ）
６Ｂ    微分回路
６Ｄ    スイッチ（アナログスイッチＡＳ）
７    運転者のメガネフレームのつる部
８    車両のハンドル
９    運転シートの枕
１１    負磁歪のＣｏ72.5Ｓｉ12.5Ｂ15アモルファスワイヤ
１２    正弦波交流電源
１３    内部抵抗
２０    ＩＣチップ
２１    アモルファスワイヤ
２３    ショットキーバリアダイオードＳＢＤ
２４    ＲＣピークホールド回路
【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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