JPH0738847B2 - 眼球運動検出方法及び居眠り検出・防止装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は眼球運動の検出方法とそれを応用した居眠り検
出・防止装置に関する。

［従来の技術］ 従来、自動車等の運転者の居眠り防止装置として、網膜
視細胞の活動電位を検出したり頭部傾角を検出したりす
ることによって、運転者の居眠り状態を検出し警告する
居眠り防止装置が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら上記した従来の居眠り防止装置は、運転者
が既に居眠り状態に入ってしまった後でそれを検出して
いるので警告時期が遅きに過ぎ、警告以前に事故が発生
する危険があった。

一方、上記した居眠り防止装置の他に、医学分野等では
被験者の意識の覚醒レベルを的確に把握したい要望があ
った。意識の覚醒レベルを検出するには脳波を判別すれ
ば可能であるが、脳波の検出、判別のためには頭皮への
多数の面倒な電極接着や大掛かりな回路装置を要し、例
えば多数の患者をモニターする場合や一般の運転者が手
軽に利用する場合などの用途には現実的ではなかった。

なお、従来から意識の覚醒レベルの変動と眼球運動パタ
ンの変動との間には深い相関があることが知られてお
り、眼球運動から意識の覚醒レベルを把握できることは
知られているが眼球運動の忠実かつ高感度な検出を可能
とする方法に関する具体的な提案はなかった。

本発明はこのような問題に鑑みなされたものであり、手
軽な方法による眼球運動の忠実かつ高感度な検出方法
と、それを応用した居眠り防止装置とを提供することを
解決すべき課題とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の眼球運動検出方法は、微小な永久磁石をまぶた
に連動させて、前記まぶたに対峙するように眼鏡状支持
枠に磁気センサを装着し、前記磁気センサによって永久
磁石からの磁界変化を検出してまぶたの運動を非接触で
検出することを特徴としている。

本発明の居眠り検出・防止装置はまぶたに接触した永久
磁石と、眼鏡状支持枠に配設された磁気センサと、前記
磁気センサの出力信号によって検出したまぶたの運動状
態から被験者の覚醒レベルを判別する判別手段と、前記
覚醒レベルの低下を検出した場合に被験者に警告する警
報手段とを具備している。

永久磁石は、磁気テープ状、小薄片状、ワイヤ状、針
状、ゴム磁石板状など各種形状をもつことができる。

磁気センサは、永久磁石と磁気センサとの相対距離変化
による磁界強度変化を検出して最終的に電気信号に変換
するものであれば、半導体磁気センサからアモルファス
磁気センサまでの各種の型式のものを採用することがで
きる。

例えば、磁気センサは磁界変化により磁心の透磁率を変
化させ、磁心に巻回されたコイルのインダクタンス変化
を検出する型式とすることができる。このコイルのイン
ダクタンスは電圧又は電流変化や発振周波数の変化とし
て周知の方法で検出することができる。

［作用］ 上記したように、意識の覚醒レベルの変動と眼球運動の
パタンの変動との間には深い相関があり、更に、眼球が
まぶたと連動性をもつことも知られている。また、まぶ
たの運動は眼球運動以上に被験者の精神状態を敏感に反
映するものであり、まぶたの運動の検出は覚醒レベルの
検出には最も適した方法といえる。

したがって、本発明の居眠り検出・防止装置では、眼鏡
状支持枠に配設された磁気センサによってまぶたと連動
する永久磁石の磁界変化によりまぶたの運動を検出す
る。そして、判別手段は検出したまぶたの運動から半覚
醒レベルに特有な眼球運動パタンを求めることにより居
眠りレベルに入る前の半覚醒レベルを判別し、居眠り状
態に入る前に警報手段を駆動して警告する。

［実施例］ （第１実施例） 本発明の居眠り検出・防止装置の一実施例を、図面によ
り説明する。

この居眠り検出・防止装置は第１図に示すように、両ま
ぶたａ、ｂに接着された一対の永久磁石１、２と、眼球
状支持枠３に固定された一対の磁気センサ４、５と、磁
気センサ４、５の出力信号によって検出したまぶたの運
動状態から被験者の覚醒レベルを判別する信号処理判別
装置６と、覚醒レベルの低下を検出した場合に被験者に
警告する警報手段７とからなる。

永久磁石１、２は各々、直径2mm、軸長2mm程度の小円板
形状の希土類系磁石で構成され第２図及び第３図に示す
ように、両まぶたの中央部に両面テープ11により接着さ
れている。永久磁石１、２は接着された底面側がＳ極、
反対の頂面側がＮ極に磁化されている。

磁気センサ４、５は第４図に示すように、各々複数の検
出素子と40、50と、検出素子40、50のインダクタンス変
化を検出する検出器41、51とからなる。検出素子40、50
は第２図及び第３図に示すように、眼鏡支持枠３に設け
られた透明板30上に配設されており、通常眼鏡をかけた
状態で測定可能となっている。永久磁石１、２及び検出
素子40、50の間隙は約10mm程度に配設されている。検出
素子40、50は第４図に示すように、磁時歪に調整された
Co系のアモルファス磁心42、52にコイルを所定巻数だけ
巻回したものであり、各コイルの両端は眼鏡支持枠３に
埋め込まれた検出器41、51の入力端に接続されている。
アモルファス磁心42、52は各々、複数本が永久磁石１、
２を中心として放射状に配置され、各コイルは直列に接
続されている。その結果、地磁気や車体内外乱磁界は全
磁心内で相殺されるので、磁石の0.02μｍまでの微細振
動まで検出することができる。検出器41、51は検出素子
40、50のインダクタンス変化をリニア増幅する差動アン
プで構成されている。アモルファス磁心42、52の直径は
約0.4mm、軸長は約4mmに形成されている。

信号処理判別装置６は、警報装置７とともに、コンパク
トケース８に内蔵されており、信号線91、92により検出
器41、51の各出力端に接続されている。また、コンパク
トケース８には小形バッテリーＥが内蔵されており、バ
ッテリーＥは信号処理判別装置６、警報装置７ととも
に、電源線90を介して検出器41、51に電源電圧を供給し
ている。信号処理判別装置６は第４図に示すように、磁
気センサ４、５から出力された信号電圧V1、V2を高域遮
断した後、A/D変換する前置処理回路61、62と、前置処
理回路61、62から出力されたデジタル信号D1、D2を演算
処理して居眠り警報信号Ｓを出力するマイコン60とから
なる。

警報装置７は、居眠り警報信号Ｓを受取って手動により
ターンオフしない限り鳴動し続ける電子ブザーで構成さ
れている。

なお、これらの検出器、信号処理部、バッテリーなどは
ハイブリッドIC技術により十分小型化され、すべての眼
鏡の両サイドフレームに装着することも可能である。し
たがって、運転者は両まぶたに微小磁石を自分で接着
し、センサつき眼鏡をかけるだけでも極めて手軽に居眠
りを防止することができる。

以下、この居眠り検出・防止装置の動作を説明する。

永久磁石１は右まぶたａとともに永久磁石２は左まぶた
ｂとともに連動し、磁気センサ４のインダクタンスは永
久磁石１の特に垂直方向の変位に伴う磁界強度変化によ
り変化し、磁気センサ５のインダクタンスは永久磁石２
の特に垂直方向の変位に伴う磁界強度変化により変化す
る。磁気センサ４のインダクタンス変化は検出器41によ
り電圧変化に変換され、約60〜80db程度増幅された後、
前置処理回路61で高域成分遮断後にA/D変換されてマイ
コン60に伝送される。同様に、磁気センサ５のインダク
タンス変化は検出器42により電圧変化に変換、増幅され
た後、前置処理回路62で高域成分遮断後にA/Dに変換さ
れてマイコン60に伝送される。

マイコン60は、デジタル信号D1、D2を内蔵のデータプロ
セッサを用いて演算処理し、相互相関関数値Dmを求め
る。なお、この相互相関関数値Dmはデジタル信号D1及び
D2の同時刻値間の相関値を表すものである。

上記演算処理を詳細に説明すれば、まず、現時点ｔχ前
後にわたる所定期間（−0.5sec〜＋0.5sec）におけるデ
ジタル信号D1、D2の各最大振幅が等しくなるように一方
のデジタル信号D1を乗算補止する。次に、一方のデジタ
ル信号D1の時間軸を上記所定期間内でシフトしつつ２つ
のデジタル信号D1、D2の差を求める。換言すれば上記所
定期間において等間隔にサンプリングされた多数のデジ
タル信号D1の各数値（D1i〜D1n）と、現時点ｔχにおけ
るデジタル信号D2との各差をそれぞれ求める。次に、求
めた各差を二乗した後、加算して現時点ｔχの相互相関
関数値Dmとする。第５図〜第７図に磁気センサ４、５か
ら出力される信号電圧V1、V2の波形を示す。ただし、第
５図は覚醒状態、第６図は居眠り前の半覚醒状態、第７
図は居眠り状態を示す。なお、第６図は第５図より縦方
向に28倍程度伸長してあり、第７図は第５図より縦方向
に36倍程度伸長してある。相互相関関数値Dmと意識の覚
醒レベルとの関係を第８図に示す。第８図からわかるよ
うに、意識の覚醒レベルの低下とともに２つのデジタル
信号間D1、D2の相関（相互相関関数値Dm）が低下する。

この実施例では、マイコン60は相互相関関数値Dmが所定
のしきい値レベルTh以下となった場合に、居眠り警報信
号Ｓを警報装置７に出力し、警報装置７は鳴動して運転
者に警告を与える。

この居眠り検出・防止装置によれば、両まぶたの運動の
相関性が意識の覚醒レベルの低下とともに減少すること
を利用して居眠りに入る前の半覚醒状態を検出し、警報
装置を作動しているので、事故防止などに有益である。

（第２実施例） 本発明の居眠り検出・防止装置の他の実施例を第９図及
び第10図に示す。

この居眠り検出・防止装置は、眼鏡状支持枠3aに支持さ
れた永久磁石1aと、眼鏡状支持枠3aに固定された磁気セ
ンサ4aと、磁気センサ4aからの出力信号によって検出し
たまぶたの運動状態から被験者の覚醒レベルを判別する
信号処理判別装置6aと、覚醒レベルの低下を検出した場
合に被験者に警告する警報装置7aと、磁気センサ4aと信
号処理判別装置6aとをワイヤレス接続するためのFM変調
器8a、送信器8b、受信器8c、FM検波器8dを備えている。

眼鏡状支持枠3aの後背部には、磁気センサ4aを内蔵する
樹脂製突起部32が眼鏡状支持枠3aとの一体成型により配
設されており、樹脂製突起部32の頂面に穿設された支持
穴（図示せず）には、Ｌ字形で小型の樹脂製弾性フレー
ム33の一端が嵌合されている。樹脂製弾性フレーム33の
他端部は下方に伸びており、その先端には樹脂製薄板34
が固着されている。樹脂製弾性フレーム33の角部には、
実施例１の永久磁石１と同じ永久磁石1aが樹脂製突起部
32に向けて立設されており、永久磁石1aは底面側がＳ
極、反対の頂面側がＮ極に磁化されている。樹脂製弾性
フレーム33は弾力性に富んだ樹脂材料で形成されてお
り、被験者が眼鏡状支持枠3aを装着した状態において樹
脂製弾性フレーム33はある程度たわんで樹脂製薄板34を
一方のまぶたａに軽く押付けている。その結果、樹脂製
薄板34は表面が粗面化されてまぶたに良く付着してお
り、まぶたと連動するようになっている。

磁気センサ4aは、第10図に示すように、直径が120μｍ
で軸長が4mmである検出素子40aと、検出素子40aのイン
ダクタンス変化を検出する検出器41aとからなる。検出
素子40aは永久磁石1aに近接するように樹脂製突起部32
に埋め込まれており、検出器41aは眼鏡状支持枠3aの末
端に内蔵されている。検出素子40aはアモルファス高磁
歪ワイヤ42aにコイル43aを所定巻数だけ巻回して構成さ
れており、各コイルの両端は検出器4cの入力端に接続さ
れている。検出素子40aは、溶融したFe77.5Si7.5B15を
水中急冷法で成型したものであり、0.20e程度の交流磁
界に対しても鋭いパルス電圧を発生する機能を有する。
検出器41aは検出素子40aに誘導されるパルス電圧を増幅
するセンスアンプである。また、検出器41aはアモルフ
ァス高磁歪ワイヤ42aが永久磁石1aのある程度以上の変
位に対してパルス電圧を発生するように、コイル43aに
所定の電流を供給してアモルファス高磁歪ワイヤ42aの
内部バイアス磁界を調整する可変バイアス電流供給回路
源も内蔵している。

FM変調器8a及び送信器8bは小型バッテリーとともに眼鏡
状支持枠3aに内蔵されており、受信器8c及びFM検波器8d
は信号処理判別装置6a及び警報装置7aとともに、コンパ
クトケース（図示せず）に内蔵されている。信号処理判
別装置6aはA/Dコンバータ内蔵のマイコンで構成されて
いる。

次にこの居眠り検出・防止装置の動作を説明する。

まぶたａに連動する永久磁石1aの所定以上の変位により
検出素子40aにはパルス電圧が発生する。

一方、第５図〜第７図に示すように、覚醒状態は半覚醒
状態に比較して非常に振幅が大きく、そして半覚醒状態
は居眠り状態に比較して振幅が大きい。本実施例では、
半覚醒状態ではたまにしか生ぜず覚醒状態では頻繁に生
じる程度に検出素子40aがパルス電圧を発生するような
磁界変化が永久磁石の運動によりアモルファス高磁歪ワ
イヤ42a内に生じるように、コイル43aへ通電される上記
バイアス電流が調節されている。検出素子40aから生じ
たパルス電圧は検出器41aで増幅されてFM変調器8aでFM
信号に変換され、送信器8bから送信される。受信器8cで
受信されたFM信号はFM検波器8dで検波された後、信号処
理判別装置6aに出力される。信号処理判別装置6aは所定
期間あたりのパルス数をカウントし、カウント数が所定
のしきい値を超える場合に警報装置7aに居眠り警報信号
Ｓを出力する。

本実施例によれば、永久磁石1aと磁気センサ4aからなる
対を一対だけ設ければよく、更に、信号処理判別装置6a
はパルス数をカウントし、カウント値が所定時間中に所
定しきい値を超えるかどうかを判断するだけであるの
で、構成が簡単となる。なお、信号処理判別装置6aはコ
ンパレータ及びカウンタを有するハードウエアで置換え
ることもできる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の眼球運動検出方法は、まぶ
たと連動する永久磁石の運動を眼鏡状支持枠に固定の磁
気センサによって検出するので、まぶたと連動する眼球
運動を忠実かつ高感度に検出することができる。

更に、本発明の居眠り検出・防止装置は、上記方法によ
り検出した眼球運動の状態変化から意識の覚醒レベルの
低下を検出して警告するように構成されているので、被
験者が居眠り状態に入る前に警告することができ、特に
事故防止の観点から有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の居眠り検出・防止装置の第１実施例を
示す模式正面図、第２図は第１図の一部模式平面図、第
３図は第１図の模式断面側面図、第４図は第１図実施例
のブロック図、第５図、第６図、第７図は各覚醒レベル
における信号V1、V2の波形図、第８図は各覚醒レベルに
おける相互相関信号値Dmの変化を示す特性図、第９図は
本発明の居眠り検出・防止装置の第２実施例を示す模式
断面側面図、第10図は第２実施例のブロック図である。 １、２……永久磁石 ３……眼鏡状支持枠 ４、５……磁気センサ ６……信号処理判別装置 （判別手段） ７……警報装置 （警報手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】永久磁石をまぶたに連動させ、前記まぶた
   に対峙するように眼鏡状支持枠に磁気センサを装着し、
   前記磁気センサによっえ永久磁石からの磁界変化を検出
   してまぶたの運動を検出することを特徴とする眼球運動
   検出方法。
2. 【請求項２】まぶたに接触した永久磁石と、 眼鏡状支持枠に配設された磁気センサと、 前記磁気センサの出力信号によって検出したまぶたの運
   動状態から被験者の覚醒レベルを判別する判別手段と、 前記覚醒レベルの低下を検出した場合に被験者に警告す
   る警報手段と、 を具備してなる居眠り検出・防止装置。