脳波収集制御装置
【課題】医師や研究者などの専門家でない一般人でも容易に操作することができる脳波収集制御装置を提供する。
【解決手段】脳波収集制御装置１のハット型携行ユニット１０は、カウボーイハット２０と脳波検出デバイス２１とを有する。脳波検出デバイス２１は、電極パッド２２と第１の信号処理回路２４と第１の無線通信部２５とを含む。カウボーイハット２０は、脳波検出デバイス２１を搭載して人体の頭部３に装着可能に構成されている。ベースユニット１１は、第２の無線通信部３０と、第２の信号処理手段３１と、人体の感覚器官に対する刺激を生成する刺激生成部３２とを有する。第２の信号処理部３１は、第２の無線通信部３０に接続されて、脳波信号を第１の信号処理部２４と共に信号処理することにより、刺激生成部３２により生成される刺激を脳波信号の変化に応じて変化させる。
【解決手段】脳波収集制御装置１のハット型携行ユニット１０は、カウボーイハット２０と脳波検出デバイス２１とを有する。脳波検出デバイス２１は、電極パッド２２と第１の信号処理回路２４と第１の無線通信部２５とを含む。カウボーイハット２０は、脳波検出デバイス２１を搭載して人体の頭部３に装着可能に構成されている。ベースユニット１１は、第２の無線通信部３０と、第２の信号処理手段３１と、人体の感覚器官に対する刺激を生成する刺激生成部３２とを有する。第２の信号処理部３１は、第２の無線通信部３０に接続されて、脳波信号を第１の信号処理部２４と共に信号処理することにより、刺激生成部３２により生成される刺激を脳波信号の変化に応じて変化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、収集した脳波に基づいて人間の活動を制御する脳波収集制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人間は、年齢、疲労、疾病などの各種要因によって、眠ってはいけない状態で眠ってしまうことがある。眠ってよい状況であれば眠りを促進することが健康上好ましい場合もあるが、自動車、大型機械、危険物などを取り扱う状況においては事故防止などの観点から、眠ろうとしていないのに眠ってしまうような不測の事態をできるだけ避ける必要がある。
【０００３】
そこで、自動車分野においては、車載カメラによって居眠りの前兆を検知する移動体用運転支援装置（例えば、特許文献１）が知られている。特許文献１の移動体用運転支援装置は、運転者の居眠りを検出したときに運転者に対話形式の質問をして、運転者の回答が安全運転という観点から適正でないと判定した場合に、運転者に車間距離を確認させる質問をする。すなわち、引用文献１は、移動体用運転支援装置と運転者との対話を通して運転者の安全運転への意識を高めることにより、居眠りによる事故を防ぐ技術を開示している。
【０００４】
しかしながら、自動車の運転という限られた環境の中で、居眠りという人間の限られた状態をカメラで検出する手法では、種々の環境にまたがって人間の状態を正確に把握することが困難である。人間の状態を正確に把握できなければ、人間の活動を所望の状態に近づけるために何をすればよいか判断することが困難である。
【０００５】
そこで、脳波を検出し、検出した脳波に基づいて人間の活動を制御する技術が知られている。脳波による人間の活動の把握は、外見による把握に比較して正確であるという利点がある。しかしながら、脳波は、医師や研究者などの専門家でなければ検出及び理解が困難であるという欠点もある。更に、従来の脳波を測定する装置は専門家によって取り扱われることを前提としているため、構造や配線が複雑である。すなわち、自動車の運転中など、専門家がいない場所で人間の活動を把握するために脳波を使用することはあまり検討されていない。
【０００６】
例えば、脳波を測定する装置を開示している特許文献２では、帽子に取り付けた電極から、観測機器まで配線が引き回されている。従って、配線を切断しないように、取扱いには細心の注意を払わなければならない。そのため、専門家が必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３１０７２９号公報
【特許文献２】米国特許第６５７４５１３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、自動車の運転中に居眠りを防いだり、家事の途中に集中力を高めたりするなど、一般生活において人間を所望の状態に近づけたい場合、一般の利用者が専門家を同伴することは大変わずらわしいものである。
【０００９】
本発明は、医師や研究者などの専門家でない一般人でも容易に取り扱うことができる脳波収集制御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】
【００１０】
第１の脳波収集制御装置は、携行ユニットとベースユニットとを備えている。携行ユニットは、脳波検出デバイスと頭部装着体とを有する。脳波検出デバイスは、脳波を検出して脳波に応じた脳波信号を出力する電極と、脳波信号を信号処理する第１の信号処理手段と、第１の信号処理手段に接続された第１の無線通信手段とを含む。頭部装着体は、脳波検出デバイスを搭載して人体の頭部に装着可能に構成されている。ベースユニットは、第２の無線通信手段と刺激生成手段と第２の信号処理手段とを有する。第２の無線通信手段は、少なくとも第１の無線通信手段を相手に無線通信する。刺激生成手段は、人体の感覚器官に対する刺激を生成する。第２の信号処理手段は、第２の無線通信手段に接続されて、脳波信号を第１の信号処理手段と共に信号処理することにより、刺激生成手段により生成される刺激を脳波信号の変化に応じて変化させる。
【００１１】
第１の脳波収集制御装置によれば、携行ユニットを、ベースユニットから分離して取り扱うことが可能となり、携行ユニットとベースユニットとを有線で接続する場合に比較して携行ユニットを装着する人の行動の自由度が高くなる。更に、頭部装着体に脳波検出デバイスの一式が搭載されているため、医師や研究者などの専門家でない一般人でも、頭部に容易に電極を装着することができる。
【００１２】
なお、頭部装着体は、頭部の一部を覆うように形成されていればよい。頭部装着体は、野球帽のように開口に頭部を挿入するものであってもよいし、サンバイザーのように頭部を環状に囲うものであってもよく、頭部の首より上を覆うマスクであってもよく、頭頂部に乗せるような小さな皿状のものであってもよい。頭部装着体は、つばのある帽子であってもよいし、つばの無い帽子であってもよい。頭部装着体として、カウボーイハット、野球帽、麦わら帽子、サンバイザー、通学帽、スポーツ競技用の帽子、髪留め、髪飾り、かつら、ヘッドセットが例示される。
【００１３】
第２の脳波収集制御装置は、第１の脳波収集制御装置において複数の脳波検出デバイスを備えている。更に、各脳波検出デバイスが、頭部装着体に対して着脱可能に構成されている。
【００１４】
携行ユニットは、医師や研究者などの専門家でない一般人が使用すると故障しやすい。故障が発生した場合には原因を特定して対策を講じなければならない。しかしながら、原因を特定することは容易ではなく、特に、専門家でない一般人が原因を特定して対策を見出すことは極めて困難である。
【００１５】
第２の脳波収集制御装置では、詳細な原因を特定しなくても故障した脳波検出デバイスを交換するだけで原因を排除することが可能となる。仮に、全ての電極を１つの脳波検出デバイスで処理するならば、原因を特定しなければ複数の電極を含む脳波検出デバイス全体を交換しなければならず、原因を特定するまで携行ユニット全体が使用できないこととなる。ところが、第２の脳波収集制御装置によれば、故障した脳波検出デバイスだけを取り外して、残りの脳波検出デバイスを引き続き動作させることが可能となるため、故障による影響を小さくすることができる。
【００１６】
なお、着脱式電極部の故障を検出する方法として、脳波処理手段において、所定の故障パターンと検出された脳波とを比較することにより着脱式電極部の故障を検出し、更に、故障を報知する方法が例示される。また、外部の検査装置を使用して着脱式電極部の故障を検出する方法が例示される。
【００１７】
第２の脳波収集制御装置によれば、電極、第１の信号処理手段及び第１の無線通信手段の一式を交換可能とすることにより、電気系統の接続関係を意識しなくても脳波検出デバイスを交換することができる。従って、医師や研究者などの専門家がいない場所であっても、一般の人が容易に脳波検出デバイスを交換することができる。
【００１８】
第３の脳波収集制御装置は、第２の脳波収集制御装置において、携行ユニットが第１の着脱部材と第２の着脱部材とを有する。第１の着脱部材は、頭部装着体における脳波検出デバイスの取り付け位置として頭部装着体に搭載されている。第２の着脱部材は、脳波検出デバイスを第１の着脱部材に対して取り外し可能に取り付ける。
【００１９】
従来の脳波計測技術を使用する場合は、数十もの電極を頭部に取り付ける必要があるため、電極を装着された人の行動が狭い範囲に制限される。更に、従来の信号処理装置はかなり大掛かりでかつ高価なものが一般的であるため、医療機関や専門機関以外の環境において脳波を計測することは考えられていない。また更に、従来の電極の構造及び装着方法は複雑であるため、医療関係者、研究者などの専門家に頼らずに一般人だけで頭部に電極を装着することは困難である。しかしながら、一般生活においては、携行ユニットが汗、雨、ほこりなどの異物に晒されるため、専門家でない一般人が電極を取り換えなければならない。
【００２０】
第３の脳波収集制御装置によれば、第１の着脱部材によって位置決めされた場所に、第２の着脱部材を取り付けるだけで、脳波検出デバイスを頭部装着体の所定の位置に搭載することが可能となる。従って、医師や研究者などの専門家がいない場所であっても、一般の人が容易に脳波検出デバイスを交換することができる。
【００２１】
第４の脳波収集制御装置は、第１から第３のいずれかの脳波収集制御装置において、携行ユニットが、第１の信号処理手段と第２の信号処理手段との少なくとも一方に対し、頭部装着体における電極の位置を示す位置情報を出力する位置確認デバイスを更に有する。
【００２２】
第４の脳波収集制御装置によれば、適宜、電極の位置を確認することが可能となる。従って、携行ユニットが交換された場合、脳波検出デバイスが交換された場合、脳波検出デバイスの取り付け位置が変わった場合などにおいて、脳波信号と電極の位置との対応関係を正確に把握することが可能となる。
【００２３】
例えば、脳波検出デバイスを頭部装着体への搭載位置にかかわらず共用可能にしておくことで、搭載位置を気にすることなく一般の人でも容易に脳波検出デバイスを頭部装着体に取り付けることが可能となる。また、例えば、脳波を検出しなければいけない位置に電極が取り付けられていない場合に、音声などの警告を発することによって確実に必要な脳波信号を取得することが可能となる。
【００２４】
第５の脳波収集制御装置は、第４の脳波収集制御装置において、位置確認デバイスが、電磁波及び超音波の少なくとも一方を走査することにより頭部装着体における電極の位置を検出する。
【００２５】
第５の脳波収集制御装置によれば、位置確認デバイスによって複数の電極の位置を包括的に把握することが可能となり、電極と位置確認デバイスとを一対一で対応させる必要がなくなるため、構成を簡素化することができる。なお、脳波検出デバイスから位置確認デバイスに脳波信号の識別情報を送信することによって、電極の位置と脳波信号とを対応付けるようにしてもよい。
【００２６】
第６の脳波収集制御装置は、第４の脳波収集制御装置において、複数の脳波検出デバイスと、複数の位置確認デバイスとを備える。更に、位置確認デバイスが、外部から読み取り可能に位置情報を記憶する。また更に、各脳波検出デバイスが、少なくとも一の位置確認デバイスから位置情報を読み取る。
【００２７】
第６の脳波収集制御装置によれば、複数の位置確認デバイスに位置情報の送信を分担させることが可能となるため、位置確認デバイス側の構成を簡素化することが可能となる。例えば、位置確認デバイスとしては、ＩＣカード（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｃａｒｄ；ＩＣＣ）が例示される。
【００２８】
第７の脳波収集制御装置は、第１から第６のいずれかの脳波収集制御装置において、複数の脳波検出デバイスを備える。更に、携行ユニットが、脳波信号を検出する複数の検出位置から少なくとも一の検出位置を指定する指定情報を、第１の信号処理手段と第２の信号処理手段との少なくとも一方に出力する検出位置指定デバイスを更に有する。また更に、第１の信号処理手段と第２の信号処理手段とが協働して、指定情報により指定される少なくとも一の検出位置で検出される脳波信号の変化に応じて、刺激生成手段により生成される刺激を変化させる。
【００２９】
第７の脳波収集制御装置によれば、利用者は、携行ユニットを取り変えたり、携行ユニットの検出位置指定デバイスを取り変えたりすることにより、制御目標に応じて、容易に最適な検出位置を指定することができる。なお、制御目標とは、感覚器官に刺激を与えることによって達成される種々の結果を意味する。制御目標とは、例えば、眠り防止、眠り促進、緊張度緩和、緊張度上昇、集中力上昇、集中力緩和である。
【００３０】
例えば、居眠り防止を制御目標とする場合には、居眠りの状態を把握するのに適した検出位置を指定情報として記憶した検出位置指定デバイスを携行ユニットに搭載する。集中力の向上を制御目標とする場合には、集中力の状態を把握するのに適した検出位置を指定情報として記憶した検出位置確認デバイスを携行ユニットに搭載する。この例によれば、専門知識のない一般の利用者でも、検出位置確認デバイスを交換するだけで、制御目標に応じた最適な検出位置を設定することができる。
【００３１】
第８の脳波収集制御装置は、第７の脳波収集制御装置において、刺激生成手段により生成される刺激を脳波信号の変化に応じて変化させる制御方法を、第１の信号処理手段と第２の信号処理手段とが指定情報に応じて変更する。
【００３２】
第８の脳波収集制御装置によれば、利用者は、携行ユニットを取り変えたり、携行ユニットの検出位置指定デバイスを取り変えたりすることにより、制御目標に応じて、容易に第１の信号処理手段と第２の信号処理手段とにより協働して実行される制御方法を変更することができる。
【００３３】
例えば、居眠り防止を制御目標とする場合と、集中力の向上を制御目標とする場合とでは、同じ波形の脳波信号に対する制御内容を変更することにより異なる刺激を生成しなければならない場合がある。そのような場合でも、検出位置指定デバイスから指定情報を取得することによって、専門知識のない一般の利用者でも、制御目標に応じて処理方法を容易に変更することができる。
【００３４】
第９の脳波収集制御装置は、第１から第７のいずれかの脳波収集制御装置において、携行ユニットが、ノイズ除去フィルタに関するフィルタ情報を、第１の信号処理手段と第２の信号処理手段との少なくとも一方に出力するフィルタ情報デバイスを更に有している。更に、第１の信号処理手段と第２の信号処理手段とが協働して、フィルタ情報によって示されるノイズ除去フィルタを脳波信号に適用する。
【００３５】
第９の脳波収集制御装置によれば、環境のノイズに合わせてノイズ除去フィルタを変更することができるため、環境のノイズの変化による脳波信号への影響を小さくすることができる。これにより、環境が変化しても正確に刺激を生成することができる。更に、ノイズに関する専門知識のない一般の利用者でも、携行ユニットを取り変えたり、携行ユニットのフィルタ情報デバイスを取り変えたりすることにより、使用環境に応じたフィルタを容易に選択することができる。
【００３６】
例えば、第２の信号処理手段に自動車から出る電磁波を除去する自動車用フィルタと、航空機から出る電磁波を除去する航空機用フィルタとを予め記憶しておき、携行ユニットを自動車内で使用する場合には、自動車用フィルタを脳波信号に適用する指示をフィルタ情報として記憶したフィルタ情報デバイスを携行ユニットに搭載し、航空機内で使用する場合には、航空機フィルタを脳波信号に適用する指示を記憶したフィルタ情報デバイスを携行ユニットに搭載する。この例によれば、専門知識のない一般の利用者でも、使用環境に応じたノイズ除去フィルタを容易に選択することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の脳波収集制御装置によれば、医師や研究者などの専門家でない一般人でも容易に操作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、コンボイの車室とコンボイの運転手とに搭載した第１の実施形態に係る脳波収集制御装置の概略構成図である。
【図２】図２は、図１の脳波収集制御装置の動作を説明するための機能ブロック図である。
【図３】図３は、第２の実施形態に係るキャップ型携行ユニットの斜視図である。
【図４】図４は、頭部に装着された図３のキャップ型携行ユニットの正面図である。
【図５】図５は、図４のキャップ型携行ユニット及び頭部のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図６は、第２の実施形態に係る脳波収集制御装置の動作を説明するための機能ブロック図である。
【図７】図７は、第２の実施形態に係るキャップ型携行ユニットの変形性及びベースユニットの動作を説明するための機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
（第１の実施形態）
図１は、脳波を収集する対象者をコンボイの運転手２とした場合の、第１の実施形態に係る脳波収集制御装置１の概略構成図である。脳波収集制御装置１は、運転手２の脳波を検出し、運転手２に対して各種刺激を与える。運転手２に与える刺激は、運転手２に対する制御目標によって変わる。運転手２に対する制御目標には、例えば、眠り防止、眠り促進、緊張度緩和、緊張度上昇、集中力上昇、集中力緩和などが含まれる。なお、制御目標は本実施形態で列挙するものに限られるものではない。以下、脳波収集制御装置１の具体的な構成及び動作を説明する。
【００４０】
（脳波収集制御装置１の概略構成）
脳波収集制御装置１は、ハット型携行ユニット１０とベースユニット１１と外部制御装置１２とにより構成されている。なお、本発明は、本実施形態と同一の脳波収集制御装置１に限られるものではない。
【００４１】
（ハット型携行ユニット１０の概略構成）
ハット型携行ユニット１０は、カウボーイハット２０に脳波検出デバイス２１を搭載して構成されている。脳波検出デバイス２１は、複数の電極パッド２２と１つのフレキシブル基板２３とにより構成されている。
【００４２】
複数の電極パッド２２は、運転手２の頭部３にカウボーイハット２０をかぶせた状態において、頭部３に接触するように配設されている。各電極パッド２２とフレキシブル基板２３との間には図示されていない配線が接続されている。フレキシブル基板２３には、第１の信号処理回路２４と第１の無線通信部２５とが搭載されている。電極パッド２２及びフレキシブル基板２３は、カウボーイハット２０の形状に沿うように形成されている。ハット型携行ユニット１０の詳細な構成については後述する。
【００４３】
（ベースユニット１１の概略構成）
ベースユニット１１は、コンボイの車室４に搭載された第２の無線通信部３０と第２の信号処理回路３１と刺激生成部３２とスイッチ３３とにより構成されている。なお、ベースユニット１１を構成する各種機器の車室４内における位置は、本実施形態で例示された位置に限られるものではない。ベースユニット１１は、運転手２が携行可能に形成されていてもよい。
【００４４】
第２の無線通信部３０と第２の信号処理回路３１とスイッチ３３とは、一緒に１つのボックスに収容されている。ベースユニット１１は、コンボイから電源供給を受けるものであってもよいし、内蔵電源によって駆動するものであってもよく、他の装置から電源供給を受けるものであってもよい。
【００４５】
刺激生成部３２は、ランプ３４と匂い発生器３５とスピーカー３６とショック印加電極３７と温度調節器３８と振動発生器３９とにより構成されている。刺激生成部３２は、第２の信号処理回路３１から指示信号を受信して、指示信号によって示された動作を実行する。ランプ３４は、運転手２の視野に入りやすい場所に配設されており、指示信号に応じて明るさ、色、点滅速度などを変化させる。匂い発生器３５は、運転手２付近に配置されており、あらかじめ種々の匂いを発する複数の薬品が収容されており、指示信号に応じて匂いの種類、匂いの強さなどを変化させる。スピーカー３６は、運転手２付近に配置されており、指示信号に応じて音を変化させる。ショック印加電極３７は、運転手２の体に装着されており、指示信号に応じて電気ショックの強さ、印加継続時間などを変化させる。温度調節器３８は、座席５に内蔵されており、指示信号に応じて温度を変化させる。温度調節器３８は、例えば、ヒーター、送風機、ペルチェ素子などによって構成される。振動発生器３９は、指示信号に応じて振動する。
【００４６】
なお、本実施形態のランプ３４、匂い発生器３５、スピーカー３６、ショック印加電極３７、温度調節器３８及び振動発生器３９は、人間の感覚器官に刺激を与える刺激生成手段としての一例を示すものであり、刺激生成手段は本実施形態で列挙したものに限られない。刺激生成手段により実現される刺激の変化は本実施形態に示されたものに限られない。
【００４７】
（外部制御装置１２の概略構成）
外部制御装置１２は、第３の無線通信部５０とディスプレイ５１と入力装置５２とにより構成されている。外部制御装置１２は、コンボイから離れた場所に設置されている。例えば、運転手２の家族がいる場所、運転手２の雇用者がいる場所、交通管理をする機関などに設置されている。外部制御装置１２は、汎用コンピュータにより構成されていてもよいし、専用の装置により構成されていてもよい。外部制御装置１２は、音声を伝送する業務用無線機であってもよいし、さらに単純又は複雑な信号を伝送するものであってもよい。
【００４８】
（脳波収集制御装置１の動作）
図２は、脳波収集制御装置１の機能ブロック図である。
【００４９】
ハット型携行ユニット１０では、まず、複数の電極パッド２２が、各設置箇所において頭部３から脳波を検出し、脳波信号として出力する。以下、脳波信号は、電極パッド２２において検出される脳波の波形をアナログ信号又はデジタル信号で表現したもの、脳波を周波数に変換したもの、その他の脳波の変化を示す信号を意味する。
【００５０】
第１の信号処理回路２４は、複数の電極パッド２２から出力される複数の脳波信号を、アナログ信号処理回路、ＡＤ（Ａｎａｌｏｇ−Ｄｉｇｉｔａｌ）変換回路、デジタル信号処理回路により順に処理する。本実施形態では、第１の信号処理回路２４においてアナログ信号の脳波信号をデジタル信号に変換した後、第２の信号処理回路３１においてデジタル信号の脳波信号を処理するように構成されている。なお、第１の信号処理回路２４と第２の信号処理回路３１とは、協働して脳波処理手段として機能していればよく、機能の分担は本実施形態に示された方法に限られるものではない。
【００５１】
第１の信号処理回路２４において処理された複数の脳波信号は、第１の無線通信部２５から送信される。各脳波信号には、頭部３における電極の位置を示す位置情報が付加されている。
【００５２】
ベースユニット１１では、まず、第２の無線通信部３０が、第１の無線通信部２５から複数の脳波信号を受信する。第１の無線通信部２５と第２の無線通信部３０との通信に使用される規格は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｚｉｇｂｅｅなどが挙げられる。
【００５３】
第２の信号処理回路３１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、各種演算用ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）及び各種入出力インターフェースによって構成されている。第２の信号処理回路３１は、フィルタ部４０、フィルタ選択部４１、脳波選択部４２、組み合わせ変更部４３、指示信号生成部４４及びプロセス変更部４５として機能する。説明の便宜上、第２の信号処理回路３１を処理機能に応じた機能ブロックに分割して図示しているが、各機能ブロックを実現する構成が構造的に分離している必要はない。
【００５４】
フィルタ部４０は、ノイズフィルタを使用し、第２の無線通信部３０において受信した脳波信号のノイズを低減する。脳波信号からノイズを除去する具体的な方法としては、複数の環境毎に固定値のノイズ量を値として予め記憶しておき、電極パッド２２において検出された波形から記憶されたノイズ量を引き算処理する方法が例示される。
【００５５】
フィルタ選択部４１は、複数種類のノイズフィルタからフィルタ部４０において適用されるノイズフィルタを選択する。フィルタ選択部４１は、環境に応じた複数のノイズフィルタを予め用意している。例えば、コンボイの車両から出るノイズを低減するノイズフィルタ、列車から出るノイズを低減するノイズフィルタ、飛行機から出るノイズを低減するノイズフィルタなどである。コンボイ内で使用される本実施形態の脳波収集制御装置１では、フィルタ選択部４１は、コンボイの車両から出るノイズを低減するノイズフィルタを選択する。なお、フィルタ選択部４１は、複数のノイズフィルタを同時に選択するように構成されていてもよい。
【００５６】
フィルタ選択部４１によるフィルタの選択を可能とすることにより、脳波収集制御装置１の使用環境が１箇所に限定されなくなり、脳波収集制御装置１を様々な環境で使用することが容易となる。
【００５７】
脳波選択部４２は、まず、ノイズを多く含む脳波信号と信号強度が十分でない脳波信号とを除去する。ノイズを多く含む脳波信号と信号強度が十分でない脳波信号とを除去することにより、ノイズが少なく信号強度が強い脳波信号を使用して正確な指示信号を生成することができる。具体的な選択方法として、脳波信号の検出位置ごとに、予め記憶された脳波信号と検出された脳波信号とをマッチング処理し、予め記憶された脳波信号と検出された脳波信号との差が許容範囲に収まっていると判断された脳波信号を選択する方法が例示される。
【００５８】
脳波選択部４２は、更に、ノイズを低減した複数の脳波信号の中から、指示信号の生成に利用する脳波信号を選択する。図１の運転手２に対する制御目標に応じて、指示信号の生成に利用する脳波信号の組み合わせは異なる。言い方を変えると、制御目標に応じ、頭部３における電極パッド２２の最適な検出位置が異なる。脳波信号と電極パッド２２の位置の対応関係は、脳波信号に含まれる位置情報によって知ることができる。
【００５９】
組み合わせ変更部４３は、脳波選択部４２によって選択される脳波信号の組み合わせを変更する。例えば、第１の制御目標が設定された場合には、図示されていない電極パッドＡと電極パッドＢとから出力された脳波信号の組み合わせに変更し、第２の制御目標が設定された場合には図示されていない電極パッドＣと電極パッドＤとから出力された脳波信号の組み合わせに変更する。組み合わせ変更部４３は、制御目標ごとに電極パッド２２の組み合わせを予め記憶している。
【００６０】
指示信号の生成に利用する脳波信号の組み合わせを変更可能とすることにより、１台の脳波収集制御装置１によって複数の制御目標を実現することができる。すなわち、組み合わせ変更部４３により、制御目標に応じて最適な脳波信号を選択することが可能となるため、眠りの防止といった１種類の制御目標に限らず、眠りの促進及び集中力の向上などの複数の種類の制御目標を実現することができる。
【００６１】
指示信号生成部４４は、脳波処理プログラムを実行し、脳波選択部４２から入力された脳波信号を参照して指示信号を生成し、刺激生成部３２に動作を指示する。
【００６２】
プロセス変更部４５は、指示信号生成部４４が実行する脳波処理プログラムを切り替える。プロセス変更部４５は、制御目標ごとに脳波処理プログラムを予め記憶している。各脳波処理プログラムは、事前に測定した運転手２の脳波、一般的なデータ、その他の情報に基づいて予め設定されている。
【００６３】
指示信号の内容は、刺激の強度を変化させること、刺激を与える間隔を変化させること、刺激の種類を変化させることなどが含まれる。急激な刺激及び過度の刺激は運転の妨げとなるため、段階的に刺激を強くすることが好ましい。例えば、制御目標が眠り防止である場合には、運転手２が眠る直前に急激に刺激を与えるのではなく、眠る前兆が検出された段階で早めに刺激を与え、その後、徐々に刺激を強くすることが好ましい。
【００６４】
スイッチ３３は、使用環境及び制御目標を手動で設定することを可能にしている。スイッチ３３において設定された使用環境に基づいて、フィルタ選択部４１がフィルタを選択する。スイッチ３３において設定された制御目標に基づいて、脳波選択部４２が最適な脳波信号の組み合わせを選択する。スイッチ３３において設定された制御目標に応じて、指示信号生成部４４が指示信号を生成する。スイッチ３３は、第２の信号処理回路３１の処理内容を変更することができれば、その構成はどのようなものであってもよい。
【００６５】
例えば、スイッチ３３により制御目標を眠り防止に設定した場合、指示信号生成部４４は、眠り防止用の脳波処理プログラムに基づいて指示信号を生成する。具体例としては、入力された脳波信号から運転手２が眠りかけていると判断した場合、ランプ３４を赤く点灯させたり、匂い発生器３５から強い匂いを発生させたり、スピーカー３６から警告音を出力させたり、ショック印加電極３７から強い電圧を印加したり、温度調節器３８の温度を下げたり、振動発生器３９を振動させたりする。脳波信号を解析することにより、完全に眠る前の状態で制御対象者に対して警告及び警報を発することができ、その結果、危険をより確実に回避することができる。
【００６６】
例えば、スイッチ３３により制御目標を眠り促進に設定した場合、指示信号生成部４４は、眠り促進用の脳波処理プログラムに基づいて指示信号を生成する。具体例としては、入力された脳波信号から運転手２が眠れないと判断した場合、ランプ３４を消灯させたり、匂い発生器３５から心地よい匂いを発生させたり、スピーカー３６の音量を下げたり、ショック印加電極３７の動作を停止したり、温度調節器３８の温度を上げたり、振動発生器３９を停止させたりする。制御目標が集中力の向上である場合の例では、入力された脳波信号から運転手２の集中力が低下していると判断した場合、匂い発生器３５から強い匂いを発生させる。
【００６７】
指示信号生成部４４は、更に、脳波信号に関する情報を第２の無線通信部３０から送信する。脳波信号に関する情報として、脳波信号そのもの、運転手２が眠りに近づいていること、運転手２の意識が朦朧としていること、運転手２の脳波信号が所定条件に合致すること、警報などが例示される。
【００６８】
外部制御装置１２は、第３の無線通信部５０において脳波信号に関する情報を受信する。第２の無線通信部３０と第３の無線通信部５０との通信手段は、例えば、電話回線、インターネット、業務用無線、専用通信回線である。なお、第２の無線通信部３０と第３の無線通信部５０との通信は有線通信でおきかえられてもよい。受信された脳波信号に関する情報は、ディスプレイ５１に表示されて報知される。ディスプレイ５１に表示された脳波信号に関する情報を確認して、管理者が入力装置５２を通じて外部指示を入力する。入力装置５２としては、キーボード、マウス、タッチパネル、各種スイッチ、マイク、撮像装置などが例示される。外部指示としては、例えば、スピーカー３６を操作して管理者の音声を運転手２に聞かせる指示、使用環境及び制御目標の設定指示などが挙げられる。
【００６９】
なお、外部制御装置１２は、運転手２の脳波を定期的に収集する機能を有していてもよい。運転手２の脳波を定期的に収集することにより、運転手２の状態を統計的に管理することができる。更に、収集した脳波を解析し、指示信号生成部４４の処理に反映させることにより、より正確な指示信号を生成することができるようになる。外部制御装置１２は、複数の脳波収集制御装置１から複数人の脳波に関する情報を収集する機能を有していてもよい。例えば、運送会社の安全管理システムにおいて、複数の運転手２の脳波に関する情報を収集することにより、複数の運転手２の健康状態に応じて複数の車両の走行時間及び停車時間を管理することができ、その結果、複数の運転手２の健康管理、危険予防、安全管理を集中的に実現することができる。
【００７０】
本実施形態の脳波収集制御装置１は、第１の信号処理回路２４と第２の信号処理回路３１とが処理を分担している。本実施形態の第１の信号処理回路２４は、主としてアナログ信号の脳波信号をデジタル信号に変換する役割を担っている。第１の信号処理回路２４は、第２の信号処理回路３１の処理を更に多く担当するように構成されていてもよい。ただし、第１の信号処理回路２４の処理を少なくしたほうが、第１の信号処理回路２４の消費電力を小さくすることができるとともに、ハット型携行ユニット１０の構成を簡素化することができる。ハット型携行ユニット１０の構成が簡素であるほど、ハット型携行ユニット１０を身に着けることが容易となる。
【００７１】
本実施形態の脳波収集制御装置１では、ベースユニット１１がコンボイの車室４に搭載されている。他の例として、脳波収集制御装置１が小型ボックスに収容して持ち歩けるように構成されていてもよい。複数のベースユニット１１が、複数の使用環境下に配設されていてもよい。
【００７２】
本実施形態の脳波収集制御装置１は、医師や研究者などの専門家でない一般人でも容易に取り扱うことができる。
【００７３】
（ハット型携行ユニット１０の構成）
本実施形態では、複数の電極パッド２２を搭載する頭部装着体が、図１に示すカウボーイハット２０により構成されている。カウボーイハット２０は、視覚的及び触覚的に装着位置を確認することが容易であるため、制御対象者が、装着する度に、ほぼ同じ位置を把持することができるとともに、同じ動作で頭部３のほぼ同じ位置に装着することができる。従って、パッドカウボーイハット２０には予め複数の電極パッド２２を装着しておくことにより、装着の度に、複数の電極パッド２２を適正な位置に装着することが容易となる。装着する度に、頭部３においてカウボーイハット２０の位置がほぼ同じになることで、電極パッド２２の装着位置が安定し、その結果として、従来よりも正確に指示信号を生成することができる。なお、制御対象者が装着位置を確認しやすくなるよう、カウボーイハット２０に印をつけておくことが好ましい。
【００７４】
カウボーイハット２０を髪に固定することができるように、髪止めピンがカウボーイハット２０に取り付けられている。カウボーイハット２０を頭部３に固定する固定具は、髪止めピンに限るものではなく、例えば、かんざし、櫛、ネットなどであってもよい。
【００７５】
電極パッド２２と第１の信号処理回路２４とを接続している配線は、カウボーイハット２０の縁に装着されている。他の実施形態において、配線がカウボーイハット２０に予め縫いこまれたものであってもよい。配線をカウボーイハット２０に予め縫いこんでおくことにより、配線が切れたり外れたりする可能性を低くすることができる。
【００７６】
頭部装着体は、カウボーイハット２０に限られない。頭部装着体は、制御対象者が日常的に身に着ける物であることが好ましく、例えば、めがね、サングラス、サンバイザー、帽子が挙げられる。制御対象者が航空機の操縦士であれば、操縦士用の帽子を頭部装着体とすることが好ましい。制御対象者が日常的に身につける物を頭部装着体とすることにより、装着忘れの減少、装着位置の安定化、装着時の違和感の解消、などを実現することができる。
【００７７】
頭部装着体は、制御対象者の頭部３からずれないように、伸縮性のある素材で形成されていることが好ましい。
【００７８】
複数の電極パッド２２に含まれる一の電極パッド２２が基準の電圧（ＧＮＤ又はＲｅｆ）を定めるために使用され、残りの電極パッド２２が脳波信号の検出に使用される。基準の電圧を定める電極パッド２２は、頭部３の中央に配置され、残りの電極パッド２２は、頭部３に、電極パッド２２を左右対称に配置されている。他の実施形態として、電極パッド２２を２つずつ組み合わせて、各組の電極パッド２２間の電位差又は電流値を検出してもよい。
【００７９】
ハット型携行ユニット１０は、１つの第１の信号処理回路２４に対して複数の電極パッド２２が接続されている構造を有している。電極パッド２２に搭載する電源として、シート電極が例示される。
【００８０】
ハット型携行ユニット１０は、図示しない太陽電池や充電池などの電源を搭載している。電源として太陽電池を搭載することにより、ハット型携行ユニット１０が電池切れになるおそれを低減することができる。電極パッド２２、第１の信号処理回路２４及び第１の無線通信部２５は、ハット型携行ユニット１０に搭載された電源から電力の供給を受けるように構成されているため、ベースユニット１１から離れた場所でも使用することができる。なお、ハット型携行ユニット１０は、近接して配置されたベースユニット１１及び他の機器から電力供給を受けてもよい。また、ハット型携行ユニット１０は、ペーパー電池を搭載することによって薄さを実現したものであってもよい。また、ハット型携行ユニット１０は、人体の発熱を利用して電力を生成するものであってもよい。
【００８１】
電極パッド２２は、非接触式の電極構造を有している。電極パッド２２は、表面と裏面とを有する板状の導電体を有し、導電体の表面に絶縁体と布とを順に積層した構造を有している。装着時に布が頭部３に触れるため、金属及び絶縁体が皮膚に触れる場合に比較して、痛み及び不快感が生じにくい。
【００８２】
なお、他の実施形態として、電極パッド２２が導電体を皮膚に接触させる構造であってもよい。電極パッド２２の導電体と皮膚との間に、導電性布、導電性ペーストなどを介在させることにより、皮膚のインピーダンスを低下させることが好ましい。
【００８３】
電極パッド２２の導電体の裏面にはマジックテーブが取り付けられている。面ファスナーが取り付けられていることにより電極パッド２２をカウボーイハット２０に対して着脱することが容易となる。電極パッド２２をカウボーイハット２０に取り外し可能に取り付ける取付部材は、面ファスナーに限られない。取付部材としては、例えば、各種ボタン、線ファスナー、鉤状フックなどが例示される。電極パッド２２は、更に、配線を着脱する端子を有している。配線及びカウボーイハット２０から電極パッド２２を取り外すことができるため、電極パッド２２が配線及びカウボーイハット２０に固定されている場合に比較して、電極パッド２２の交換が容易となる。他の実施形態として、電極パッド２２は、配線とともに交換されるものであってもよい。
【００８４】
電極パッド２２は、インピーダンス変換用バッファを搭載している。インピーダンス変換用バッファは、導電体と配線との間に介在している。インピーダンス変換用バッファを搭載することにより電極のインピーダンスを低下させることができる。
【００８５】
本実施形態のハット型携行ユニット１０は、電極パッド２２、第１の信号処理回路２４、第１の無線通信部２５、配線及び電源を含む全ての電子部品が防水構造を有している。ハット型携行ユニット１０が防水構造を有することにより、汗や雨などによって電子部品が破壊されることを防ぐことができる。脳波収集制御装置１は、医療行為として脳波を収集することを目的としていないため、制御対象者が必ずしも安静にしているわけではなく、更に、必ずしも室内にいるとは限られない。従って、制御対象者に装着されるハット型携行ユニット１０が濡れる可能性は少なくないため、電子部品を防水構造とすることが重要である。
【００８６】
ハット型携行ユニット１０には、電磁波遮蔽部材が取り付けられている。電磁波遮蔽部材として、例えば、ノイズシールド用のフィルム、ノイズシールド用のテープなどがある。電磁波遮蔽部材により電極パッド２２、第１の信号処理回路２４、第１の無線通信部２５、配線及び電源を含む電子部品の一部又は全部を覆うことにより、脳波を正確に検出することが可能となる。脳波収集制御装置１の使用環境が予め明らかであれば、使用環境下で発生するノイズを低減するのに最適な電磁波遮蔽部材を選択しておくことが好ましい。
【００８７】
（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係るキャップ型携行ユニット６０の斜視図である。キャップ型携行ユニット６０は、第１の実施形態に係るハット型携行ユニット１０の変形例に相当する。ベースユニット１１及び外部制御装置１２の構成については、第１の実施形態と重複する説明を省略する。
【００８８】
キャップ型携行ユニット６０は、キャップ６１、２つの独立型脳波検出デバイス６２、位置確認デバイス６３、検出位置指定デバイス６４及びフィルタ情報デバイス６５により構成されている。
【００８９】
（キャップ型携行ユニット６０の構造）
キャップ６１は、中空の略半球状の本体７０と略平面状のつば７１とにより構成されている。本体７０は、略半球状の外面７２と略半球状の内面７３との共通の端部である円環状の端縁部７４を有する。つば７１は、三日月形状に形成されている。つば７１の三日月形状の短辺全体が本体７０の端縁部７４に縫合され、つば７１の三日月形状の長辺側が本体７０の外側に向けて突出するよう配設されている。位置確認デバイス６３、検出位置指定デバイス６４及びフィルタ情報デバイス６５は、本体７０の外面７２に装着されている。２つの独立型脳波検出デバイス６２、は、本体７０の内面７３に装着されている。
【００９０】
本体７０の外面７２は、図示されていない電磁波遮蔽部材により覆われている。キャップ６１は、脳波の検出を妨げるノイズを遮蔽するとともに、第１の無線通信部２５と第２の無線通信部３０との通信に使用される電磁波を透過する。脳波の検出を妨げるノイズとは、脳波に含まれる周波数の電磁波が例示される。電磁波遮蔽部材は、板金、金属メッシュ、金属インクなどが例示される。なお、電磁波遮蔽部材は、本体７０の内面７３を覆うように形成されていてもよく、外面７２と内面７３との間に挟まれていてもよく、キャップ６１の繊維として織り込まれていてもよい。なお、キャップ型携行ユニット６０を使用する環境に応じて複数のキャップ６１を用意し、各キャップ６１が異なる周波数のノイズを遮蔽するように構成してもよい。
【００９１】
図４は、図３のキャップ型携行ユニット６０を頭部３に装着したときの、キャップ型携行ユニット６０及び頭部３の前面図である。説明の便宜上、図４の十字型矢印で示す通り、正面視した紙面に沿う上下方向を、キャップ型携行ユニット６０及び頭部３の上下方向とし、正面視した紙面に沿う左右方向を、キャップ型携行ユニット６０及び頭部３の左右方向とする。更に、紙面から垂直手前に向かう方向を前方向とし、紙面から垂直奥側に向かう方向を後方向とする。
【００９２】
キャップ型携行ユニット６０は、本体７０の内面７３及び端縁部７４を下方に臨ませるとともにつば７１を本体７０の前方に配置したときに、上下方向及び前後方向に沿った仮想的な平面１００を中心として略左右対称となるように形成されている。
【００９３】
つば７１の長辺中央部７５は、最も前方に位置する。２つの独立型脳波検出デバイス６２は、額６の前方において左右対称となるように位置決めされている。位置確認デバイス６３は、本体７０の最上部に搭載されている。検出位置指定デバイス６４及びフィルタ情報デバイス６５は、本体７０の最上部付近に搭載されている。
【００９４】
キャップ型携行ユニット６０を装着する人は、つば７１の長辺中央部７５を額６の中央の下方に位置させることにより、キャップ型携行ユニット６０を適正な位置に装着することができる。なお、キャップ６１に色、形状及びその他の目印の少なくとも一つを付けておくことにより、運転手２が触覚、視覚及びその他の感覚の少なくとも一つによってキャップ６１の位置を容易に認識することができる。キャップ６１に目印を付けておくことにより、専門家でなくても容易にキャップ６１を頭部３における所定の位置に装着することができる。本実施形態では、つば７１の長辺中央部７５が目印として機能する。
【００９５】
図５は、図４のＶ−Ｖ線におけるキャップ型携行ユニット６０及び頭部３の断面図である。
【００９６】
キャップ６１の本体７０には、２つの位置決め部７６が固定されている。各位置決め部７６は、図４に示す各独立型脳波検出デバイス６２に重なるように、本体７０の内面７３に固定されている。図５に示すように、位置決め部７６は、キャップ６１の内面７３に密着した裏面７７と、面ファスナーとして機能するように加工された表面７８とを有している。
【００９７】
独立型脳波検出デバイス６２は、フレキシブル基板で形成された回路基板８０と、導電性布で形成された電極部８１と、面ファスナーとして機能するよう加工された薄膜状の着脱部８２とにより構成されており、薄板円盤形状を有している。回路基板８０は、電極部８１と着脱部８２とによりサンドウィッチ状に挟まれている。
【００９８】
回路基板８０は、キャップ６１の内面７３に沿ってあらかじめ湾曲形成されている。回路基板８０があらかじめ湾曲形成されているため、回路基板８０が平板である場合に比較して、回路基板８０によって額６が傷つくおそれが少なくなる。更に、回路基板８０が電極部８１と着脱部８２との間に挟まれているため、独立型脳波検出デバイス６２の交換時及び使用時に回路基板８０が破壊され難くすることができる。回路基板８０には、図２に示す第１の実施形態の第１の信号処理回路２４及び第１の無線通信部２５として機能する回路が搭載されている。
【００９９】
図５の電極部８１は、脳波を検出し、検出した脳波をアナログの脳波信号として回路基板８０に入力する。電極部８１は、突起の無い滑らかな表面を有している。導電性布は金属プレートに比較して柔らかいため、金属プレートに比較して額６を傷つけるおそれが少ない。回路基板８０より柔らかい電極部８１が回路基板８０と額６との間に挟まれているため、回路基板８０によって額６を傷つけるおそれが少ない。
【０１００】
着脱部８２の面ファスナーは、キャップ６１の位置決め部７６の面ファスナーに対して着脱可能に形成されている。独立型脳波検出デバイス６２をキャップ６１に装着する人は、位置決め部７６を目印として独立型脳波検出デバイス６２の装着位置を確認できるため、医療関係者などの専門家でなくても容易に独立型脳波検出デバイス６２を交換することができる。
【０１０１】
頭部３に対するキャップ型携行ユニット６０の位置をつば７１の長辺中央部７５により位置決め可能であり、更にキャップ６１に対する独立型脳波検出デバイス６２の位置を位置決め部７６により位置決め可能であるため、キャップ型携行ユニット６０の着脱を繰り返しても、頭部３の略同じ位置に電極部８１を接触させることが可能である。
【０１０２】
電極部８１が額６に面接触するので、電極部８１が点接触する場合に比較して、電極部８１から額６に加わる圧力が小さく、更に、キャップ型携行ユニット６０を頭部３に対して着脱する際に頭部３を傷つけるおそれが少ない。
【０１０３】
コンボイの運転、航空機の操縦、家事など、医療機関以外で脳波を検出する場合には、独立型脳波検出デバイス６２の汚れ、故障などの不慮の事故が発生した場合に、専門家以外の人が独立型脳波検出デバイス６２を交換しなければならない。第２の実施形態のキャップ型携行ユニット６０によれば、利用関係者などの専門家でなくても正確に位置決めしながら独立型脳波検出デバイス６２を交換することができる。
【０１０４】
なお、本実施形態では、独立型脳波検出デバイス６２をキャップ６１に対して着脱可能にする着脱機構として、面ファスナーを採用しているが、他の着脱機構を採用してもよい。着脱機構としては、各種ボタン、鉤状フック、線ファスナーが例示される。本実施形態のキャップ型携行ユニット６０は、２つの位置決め部７６と２つの独立型脳波検出デバイス６２とを備えているが、更に多くの位置決め部７６及び独立型脳波検出デバイス６２を備えていてもよい。
【０１０５】
検出位置指定デバイス６４及びフィルタ情報デバイス６５は、それぞれ、図示しない回路基板と回路基板を覆う布とにより構成されている。回路基板を覆う布は、面ファスナー構造を有しており、予め本体７０の外面７２に搭載された他の面ファスナーに対して着脱することができる。
【０１０６】
なお、独立型脳波検出デバイス６２に文字、色、形及びその他の目印の少なくとも一つを付けることにより、複数の位置決め部７６に対する各独立型脳波検出デバイス６２の装着位置を区別することができる。更に、各独立型脳波検出デバイス６２から識別信号を送信することにより、複数の独立型脳波検出デバイス６２の位置をベースユニット１１が区別することができる。なお、第２の無線通信部３０において受信された脳波信号と、第２の信号処理回路３１において予め記憶された脳波信号とを比較することにより、各独立型脳波検出デバイス６２から識別信号を送信しなくても脳波信号の検出位置を特定してもよい。
【０１０７】
図６は、第２の実施形態に係るキャップ型携行ユニット６０及びベースユニット１１の動作を説明するための機能ブロック図である。
【０１０８】
各独立型脳波検出デバイス６２は、電極部８１、第１の信号処理回路２４及び第１の無線通信部２５を備えている。従って、各第１の信号処理回路２４は、１つの電極部８１から脳波信号を入力して信号処理する。
【０１０９】
位置確認デバイス６３は、走査部９０と第４の無線通信部９１とを備えている。
【０１１０】
走査部９０は、電波を走査することにより各独立型脳波検出デバイス６２の位置を検出する。キャップ６１には適宜基準となる電極が配置されている。走査部９０は、基準となる電極に対する相対的な位置として各独立型脳波検出デバイス６２の位置を検出する。
【０１１１】
走査部９０が各独立型脳波検出デバイス６２の位置を把握する方法として、種々の方法を採用することができる。例えば、送信アンテナから指向方向を変化させながら電波を送信するとともに、受信アンテナにより受信方向を変化させながら反射波を受信することにより、独立型脳波検出デバイス６２により反射した電波の飛来方向及び飛来距離を検出する方法が例示される。また、走査部９０において、各独立型脳波検出デバイス６２の第１の無線通信部２５から出力される電波の飛来方向及び飛来距離を計測する方法が例示される。また、複数の走査部９０から送信される電波の遅延量を独立型脳波検出デバイス６２において検出する方法が例示される。走査部９０は、電極部８１の位置を把握することができれば、種々の構成によって実現することができる。なお、走査とは、電磁波と超音波との少なくとも一方について、受信方向と送信方向との少なくとも一方を変化させることを含む概念である。
【０１１２】
走査部９０において検出された各独立型脳波検出デバイス６２の位置は、位置情報として第４の無線通信部９１から送信される。位置情報は、第１の信号処理回路２４に送信されてもよいし、独立型脳波検出デバイス６２を識別する情報とともに第２の無線通信部３０に送信されてもよい。いずれにしても、各脳波信号と、その脳波信号を測定した位置を示す位置情報とが正確に対応付けられているようにする。
【０１１３】
キャップ型携行ユニット６０に位置確認デバイス６３を備えることにより、独立型脳波検出デバイス６２が位置情報を記憶していなくても、脳波信号と位置情報とを対応づけることが可能となる。すなわち、２つの独立型脳波検出デバイス６２の搭載位置を入れ替えても、脳波信号と位置情報とを対応づけることが可能となる。従って、利用者が、各独立型脳波検出デバイス６２の装着位置を確認する必要がなくなり、専門知識のない一般の利用者が容易に独立型脳波検出デバイス６２を取り付けることが可能となる。
【０１１４】
検出位置指定デバイス６４は、指定情報記憶部９２に記憶された指定情報を、第５の無線通信部９３から第２の無線通信部３０に送信する。指定情報は、眠り防止、眠り促進、その他の制御目標を示す情報である。第２の信号処理回路３１は、指定情報により通知される制御目標を、図２に示す組み合わせ変更部４３及びプロセス変更部４５に通知する。なお、指定情報は、脳波信号の組み合わせを指示する内容を含んでいれば、制御目標でなくてもよい。例えば、指定情報が、電極部８１の位置をいくつか指定するものであってもよい。この場合、脳波選択部４２は、指定された位置に搭載された電極部８１において検出された脳波信号を、位置情報に基づいて選択する。
【０１１５】
キャップ型携行ユニット６０に検出位置指定デバイス６４を備えることにより、スイッチ３３を使用しなくても制御目標を設定することができる。なお、スイッチ３３と検出位置指定デバイス６４とを共存させてもよい。異なる制御目標を指定情報として記憶した複数の検出位置指定デバイス６４を予め用意しておくことにより、利用者は、検出位置指定デバイス６４を取り換えるだけで容易に制御目標を変更することができる。また、異なる制御目標を指定情報として記憶した複数のキャップ型携行ユニット６０を用意しておけば、キャップ型携行ユニット６０を取り換えるだけで容易に制御目標を変更することができる。
【０１１６】
フィルタ情報デバイス６５は、フィルタ情報記憶部９４に記憶されたフィルタ情報を、第６の無線通信部９５から第２の無線通信部３０に送信する。フィルタ情報は、自動車、航空機、その他の使用環境を示す情報である。第２の信号処理回路３１は、フィルタ情報により通知されるフィルタ情報を、図２に示すフィルタ選択部４１に通知する。なお、フィルタ情報は、フィルタ部４０において使用されるノイズフィルタを指定する内容を含んでいれば、使用環境でなくてもよい。例えば、フィルタ情報は、コンボイの車両から発生するノイズを低減するノイズフィルタを選択するように直接指示する情報であってもよい。また、フィルタ情報は、ノイズフィルタとして参照される数値データや関数などであってもよい。
【０１１７】
キャップ型携行ユニット６０にフィルタ情報デバイス６５を備えることにより、スイッチ３３を使用しなくても使用環境を設定することができる。なお、スイッチ３３とフィルタ情報デバイス６５とを共存させてもよい。異なる使用環境をフィルタ情報として記憶した複数のフィルタ情報デバイス６５を予め用意しておくことにより、利用者は、フィルタ情報デバイス６５を取り換えるだけで容易に制御目標を変更することができる。また、異なる使用環境をフィルタ情報として記憶した複数のキャップ型携行ユニット６０を用意しておけば、キャップ型携行ユニット６０を取り換えるだけで容易に使用環境を変更することができる。
【０１１８】
図７は、キャップ型携行ユニット６０の変形例及びベースユニット１１を示す機能ブロック図である。変形例のキャップ型携行ユニット６０は、外部から読み取り可能に位置情報を記憶した受動型位置確認デバイス６６を２つ備えている。受動型位置確認デバイス６６は、例えばＩＣカードであり、外部から無線通信によって位置情報を読み取り可能に構成されている。一方の受動型位置確認デバイス６６は、図４に示す一方の独立型脳波検出デバイス６２に重なるように配置され、他方の受動型位置確認デバイス６６は、図４に示す他方の独立型脳波検出デバイス６２に重なるように配置されている。各受動型位置確認デバイス６６は、図５に示す位置決め部７６と本体７０との間に配置されている。２つの受動型位置確認デバイス６６はそれぞれ異なる位置情報を記憶している。
【０１１９】
各独立型脳波検出デバイス６２は、読み取り部６７により、最も近くに配置された受動型位置確認デバイス６６から位置情報を読み取る。各第１の信号処理回路２４は、位置情報を脳波信号に含めて第１の無線通信部２５から送信する。
【０１２０】
独立型脳波検出デバイス６２と受動型位置確認デバイス６６とが一対一で対応するとともに、近接配置されていることにより、電極部８１の位置と、検出された脳波信号とを正確に対応づけることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明の制御対象者はコンボイの運転手に限らず、農業用トラックの運転手、航空機操縦士、自動車の運転手、トラックの運転手、バスドライバー、タクシードライバー、その他の車両のドライバー、鉄道運転手、パイロット、ガードマン、船舶操舵手、陸海軍の見張り、夜勤労働者、管制官なども含む。制御対象者が眠ってはいけない職業に従事する人である場合に本発明は好適であるが、幅広い人を制御対象とすることができる。
【０１２２】
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限られるものではない。本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変形及び組み合わせが可能である。
【符号の説明】
【０１２３】
１ 脳波収集制御装置
２ 運転手
３ 頭部
４ 車室
５ 座席
６ 額
１０ ハット型携行ユニット
１１ ベースユニット
１２ 外部制御装置
２０ カウボーイハット
２１ 脳波検出デバイス
２２ 電極パッド
２３ フレキシブル基板
２４ 第１の信号処理回路
２５ 第１の無線通信部
３０ 第２の無線通信部
３１ 第２の信号処理回路
３２ 刺激生成部
３３ スイッチ
３４ ランプ
３５ 匂い発生器
３６ スピーカー
３７ ショック印加電極
３８ 温度調節器
３９ 振動発生器
４０ フィルタ部
４１ フィルタ選択部
４２ 脳波選択部
４３ 組み合わせ変更部
４４ 指示信号生成部
４５ プロセス変更部
５０ 第３の無線通信部
５１ ディスプレイ
５２ 入力装置
６０ キャップ型携行ユニット
６１ キャップ
６２ 独立型脳波検出デバイス
６３ 位置確認デバイス
６４ 検出位置指定デバイス
６５ フィルタ情報デバイス
６６ 受動型位置確認デバイス
６７ 読み取り部
７０ 本体
７１ つば
７２ 外面
７３ 内面
７４ 端縁部
７５ 長辺中央部
７６ 位置決め部
７７ 裏面
７８ 表面
８０ 回路基板
８１ 電極部
８２ 着脱部
９０ 走査部
９１ 第４の無線通信部
９２ 指定情報記憶部
９３ 第５の無線通信部
９４ フィルタ情報記憶部
９５ 第６の無線通信部
１００ 仮想的な平面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、収集した脳波に基づいて人間の活動を制御する脳波収集制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人間は、年齢、疲労、疾病などの各種要因によって、眠ってはいけない状態で眠ってしまうことがある。眠ってよい状況であれば眠りを促進することが健康上好ましい場合もあるが、自動車、大型機械、危険物などを取り扱う状況においては事故防止などの観点から、眠ろうとしていないのに眠ってしまうような不測の事態をできるだけ避ける必要がある。
【０００３】
そこで、自動車分野においては、車載カメラによって居眠りの前兆を検知する移動体用運転支援装置（例えば、特許文献１）が知られている。特許文献１の移動体用運転支援装置は、運転者の居眠りを検出したときに運転者に対話形式の質問をして、運転者の回答が安全運転という観点から適正でないと判定した場合に、運転者に車間距離を確認させる質問をする。すなわち、引用文献１は、移動体用運転支援装置と運転者との対話を通して運転者の安全運転への意識を高めることにより、居眠りによる事故を防ぐ技術を開示している。
【０００４】
しかしながら、自動車の運転という限られた環境の中で、居眠りという人間の限られた状態をカメラで検出する手法では、種々の環境にまたがって人間の状態を正確に把握することが困難である。人間の状態を正確に把握できなければ、人間の活動を所望の状態に近づけるために何をすればよいか判断することが困難である。
【０００５】
そこで、脳波を検出し、検出した脳波に基づいて人間の活動を制御する技術が知られている。脳波による人間の活動の把握は、外見による把握に比較して正確であるという利点がある。しかしながら、脳波は、医師や研究者などの専門家でなければ検出及び理解が困難であるという欠点もある。更に、従来の脳波を測定する装置は専門家によって取り扱われることを前提としているため、構造や配線が複雑である。すなわち、自動車の運転中など、専門家がいない場所で人間の活動を把握するために脳波を使用することはあまり検討されていない。
【０００６】
例えば、脳波を測定する装置を開示している特許文献２では、帽子に取り付けた電極から、観測機器まで配線が引き回されている。従って、配線を切断しないように、取扱いには細心の注意を払わなければならない。そのため、専門家が必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３１０７２９号公報
【特許文献２】米国特許第６５７４５１３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、自動車の運転中に居眠りを防いだり、家事の途中に集中力を高めたりするなど、一般生活において人間を所望の状態に近づけたい場合、一般の利用者が専門家を同伴することは大変わずらわしいものである。
【０００９】
本発明は、医師や研究者などの専門家でない一般人でも容易に取り扱うことができる脳波収集制御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】
【００１０】
第１の脳波収集制御装置は、携行ユニットとベースユニットとを備えている。携行ユニットは、脳波検出デバイスと頭部装着体とを有する。脳波検出デバイスは、脳波を検出して脳波に応じた脳波信号を出力する電極と、脳波信号を信号処理する第１の信号処理手段と、第１の信号処理手段に接続された第１の無線通信手段とを含む。頭部装着体は、脳波検出デバイスを搭載して人体の頭部に装着可能に構成されている。ベースユニットは、第２の無線通信手段と刺激生成手段と第２の信号処理手段とを有する。第２の無線通信手段は、少なくとも第１の無線通信手段を相手に無線通信する。刺激生成手段は、人体の感覚器官に対する刺激を生成する。第２の信号処理手段は、第２の無線通信手段に接続されて、脳波信号を第１の信号処理手段と共に信号処理することにより、刺激生成手段により生成される刺激を脳波信号の変化に応じて変化させる。
【００１１】
第１の脳波収集制御装置によれば、携行ユニットを、ベースユニットから分離して取り扱うことが可能となり、携行ユニットとベースユニットとを有線で接続する場合に比較して携行ユニットを装着する人の行動の自由度が高くなる。更に、頭部装着体に脳波検出デバイスの一式が搭載されているため、医師や研究者などの専門家でない一般人でも、頭部に容易に電極を装着することができる。
【００１２】
なお、頭部装着体は、頭部の一部を覆うように形成されていればよい。頭部装着体は、野球帽のように開口に頭部を挿入するものであってもよいし、サンバイザーのように頭部を環状に囲うものであってもよく、頭部の首より上を覆うマスクであってもよく、頭頂部に乗せるような小さな皿状のものであってもよい。頭部装着体は、つばのある帽子であってもよいし、つばの無い帽子であってもよい。頭部装着体として、カウボーイハット、野球帽、麦わら帽子、サンバイザー、通学帽、スポーツ競技用の帽子、髪留め、髪飾り、かつら、ヘッドセットが例示される。
【００１３】
第２の脳波収集制御装置は、第１の脳波収集制御装置において複数の脳波検出デバイスを備えている。更に、各脳波検出デバイスが、頭部装着体に対して着脱可能に構成されている。
【００１４】
携行ユニットは、医師や研究者などの専門家でない一般人が使用すると故障しやすい。故障が発生した場合には原因を特定して対策を講じなければならない。しかしながら、原因を特定することは容易ではなく、特に、専門家でない一般人が原因を特定して対策を見出すことは極めて困難である。
【００１５】
第２の脳波収集制御装置では、詳細な原因を特定しなくても故障した脳波検出デバイスを交換するだけで原因を排除することが可能となる。仮に、全ての電極を１つの脳波検出デバイスで処理するならば、原因を特定しなければ複数の電極を含む脳波検出デバイス全体を交換しなければならず、原因を特定するまで携行ユニット全体が使用できないこととなる。ところが、第２の脳波収集制御装置によれば、故障した脳波検出デバイスだけを取り外して、残りの脳波検出デバイスを引き続き動作させることが可能となるため、故障による影響を小さくすることができる。
【００１６】
なお、着脱式電極部の故障を検出する方法として、脳波処理手段において、所定の故障パターンと検出された脳波とを比較することにより着脱式電極部の故障を検出し、更に、故障を報知する方法が例示される。また、外部の検査装置を使用して着脱式電極部の故障を検出する方法が例示される。
【００１７】
第２の脳波収集制御装置によれば、電極、第１の信号処理手段及び第１の無線通信手段の一式を交換可能とすることにより、電気系統の接続関係を意識しなくても脳波検出デバイスを交換することができる。従って、医師や研究者などの専門家がいない場所であっても、一般の人が容易に脳波検出デバイスを交換することができる。
【００１８】
第３の脳波収集制御装置は、第２の脳波収集制御装置において、携行ユニットが第１の着脱部材と第２の着脱部材とを有する。第１の着脱部材は、頭部装着体における脳波検出デバイスの取り付け位置として頭部装着体に搭載されている。第２の着脱部材は、脳波検出デバイスを第１の着脱部材に対して取り外し可能に取り付ける。
【００１９】
従来の脳波計測技術を使用する場合は、数十もの電極を頭部に取り付ける必要があるため、電極を装着された人の行動が狭い範囲に制限される。更に、従来の信号処理装置はかなり大掛かりでかつ高価なものが一般的であるため、医療機関や専門機関以外の環境において脳波を計測することは考えられていない。また更に、従来の電極の構造及び装着方法は複雑であるため、医療関係者、研究者などの専門家に頼らずに一般人だけで頭部に電極を装着することは困難である。しかしながら、一般生活においては、携行ユニットが汗、雨、ほこりなどの異物に晒されるため、専門家でない一般人が電極を取り換えなければならない。
【００２０】
第３の脳波収集制御装置によれば、第１の着脱部材によって位置決めされた場所に、第２の着脱部材を取り付けるだけで、脳波検出デバイスを頭部装着体の所定の位置に搭載することが可能となる。従って、医師や研究者などの専門家がいない場所であっても、一般の人が容易に脳波検出デバイスを交換することができる。
【００２１】
第４の脳波収集制御装置は、第１から第３のいずれかの脳波収集制御装置において、携行ユニットが、第１の信号処理手段と第２の信号処理手段との少なくとも一方に対し、頭部装着体における電極の位置を示す位置情報を出力する位置確認デバイスを更に有する。
【００２２】
第４の脳波収集制御装置によれば、適宜、電極の位置を確認することが可能となる。従って、携行ユニットが交換された場合、脳波検出デバイスが交換された場合、脳波検出デバイスの取り付け位置が変わった場合などにおいて、脳波信号と電極の位置との対応関係を正確に把握することが可能となる。
【００２３】
例えば、脳波検出デバイスを頭部装着体への搭載位置にかかわらず共用可能にしておくことで、搭載位置を気にすることなく一般の人でも容易に脳波検出デバイスを頭部装着体に取り付けることが可能となる。また、例えば、脳波を検出しなければいけない位置に電極が取り付けられていない場合に、音声などの警告を発することによって確実に必要な脳波信号を取得することが可能となる。
【００２４】
第５の脳波収集制御装置は、第４の脳波収集制御装置において、位置確認デバイスが、電磁波及び超音波の少なくとも一方を走査することにより頭部装着体における電極の位置を検出する。
【００２５】
第５の脳波収集制御装置によれば、位置確認デバイスによって複数の電極の位置を包括的に把握することが可能となり、電極と位置確認デバイスとを一対一で対応させる必要がなくなるため、構成を簡素化することができる。なお、脳波検出デバイスから位置確認デバイスに脳波信号の識別情報を送信することによって、電極の位置と脳波信号とを対応付けるようにしてもよい。
【００２６】
第６の脳波収集制御装置は、第４の脳波収集制御装置において、複数の脳波検出デバイスと、複数の位置確認デバイスとを備える。更に、位置確認デバイスが、外部から読み取り可能に位置情報を記憶する。また更に、各脳波検出デバイスが、少なくとも一の位置確認デバイスから位置情報を読み取る。
【００２７】
第６の脳波収集制御装置によれば、複数の位置確認デバイスに位置情報の送信を分担させることが可能となるため、位置確認デバイス側の構成を簡素化することが可能となる。例えば、位置確認デバイスとしては、ＩＣカード（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｃａｒｄ；ＩＣＣ）が例示される。
【００２８】
第７の脳波収集制御装置は、第１から第６のいずれかの脳波収集制御装置において、複数の脳波検出デバイスを備える。更に、携行ユニットが、脳波信号を検出する複数の検出位置から少なくとも一の検出位置を指定する指定情報を、第１の信号処理手段と第２の信号処理手段との少なくとも一方に出力する検出位置指定デバイスを更に有する。また更に、第１の信号処理手段と第２の信号処理手段とが協働して、指定情報により指定される少なくとも一の検出位置で検出される脳波信号の変化に応じて、刺激生成手段により生成される刺激を変化させる。
【００２９】
第７の脳波収集制御装置によれば、利用者は、携行ユニットを取り変えたり、携行ユニットの検出位置指定デバイスを取り変えたりすることにより、制御目標に応じて、容易に最適な検出位置を指定することができる。なお、制御目標とは、感覚器官に刺激を与えることによって達成される種々の結果を意味する。制御目標とは、例えば、眠り防止、眠り促進、緊張度緩和、緊張度上昇、集中力上昇、集中力緩和である。
【００３０】
例えば、居眠り防止を制御目標とする場合には、居眠りの状態を把握するのに適した検出位置を指定情報として記憶した検出位置指定デバイスを携行ユニットに搭載する。集中力の向上を制御目標とする場合には、集中力の状態を把握するのに適した検出位置を指定情報として記憶した検出位置確認デバイスを携行ユニットに搭載する。この例によれば、専門知識のない一般の利用者でも、検出位置確認デバイスを交換するだけで、制御目標に応じた最適な検出位置を設定することができる。
【００３１】
第８の脳波収集制御装置は、第７の脳波収集制御装置において、刺激生成手段により生成される刺激を脳波信号の変化に応じて変化させる制御方法を、第１の信号処理手段と第２の信号処理手段とが指定情報に応じて変更する。
【００３２】
第８の脳波収集制御装置によれば、利用者は、携行ユニットを取り変えたり、携行ユニットの検出位置指定デバイスを取り変えたりすることにより、制御目標に応じて、容易に第１の信号処理手段と第２の信号処理手段とにより協働して実行される制御方法を変更することができる。
【００３３】
例えば、居眠り防止を制御目標とする場合と、集中力の向上を制御目標とする場合とでは、同じ波形の脳波信号に対する制御内容を変更することにより異なる刺激を生成しなければならない場合がある。そのような場合でも、検出位置指定デバイスから指定情報を取得することによって、専門知識のない一般の利用者でも、制御目標に応じて処理方法を容易に変更することができる。
【００３４】
第９の脳波収集制御装置は、第１から第７のいずれかの脳波収集制御装置において、携行ユニットが、ノイズ除去フィルタに関するフィルタ情報を、第１の信号処理手段と第２の信号処理手段との少なくとも一方に出力するフィルタ情報デバイスを更に有している。更に、第１の信号処理手段と第２の信号処理手段とが協働して、フィルタ情報によって示されるノイズ除去フィルタを脳波信号に適用する。
【００３５】
第９の脳波収集制御装置によれば、環境のノイズに合わせてノイズ除去フィルタを変更することができるため、環境のノイズの変化による脳波信号への影響を小さくすることができる。これにより、環境が変化しても正確に刺激を生成することができる。更に、ノイズに関する専門知識のない一般の利用者でも、携行ユニットを取り変えたり、携行ユニットのフィルタ情報デバイスを取り変えたりすることにより、使用環境に応じたフィルタを容易に選択することができる。
【００３６】
例えば、第２の信号処理手段に自動車から出る電磁波を除去する自動車用フィルタと、航空機から出る電磁波を除去する航空機用フィルタとを予め記憶しておき、携行ユニットを自動車内で使用する場合には、自動車用フィルタを脳波信号に適用する指示をフィルタ情報として記憶したフィルタ情報デバイスを携行ユニットに搭載し、航空機内で使用する場合には、航空機フィルタを脳波信号に適用する指示を記憶したフィルタ情報デバイスを携行ユニットに搭載する。この例によれば、専門知識のない一般の利用者でも、使用環境に応じたノイズ除去フィルタを容易に選択することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の脳波収集制御装置によれば、医師や研究者などの専門家でない一般人でも容易に操作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、コンボイの車室とコンボイの運転手とに搭載した第１の実施形態に係る脳波収集制御装置の概略構成図である。
【図２】図２は、図１の脳波収集制御装置の動作を説明するための機能ブロック図である。
【図３】図３は、第２の実施形態に係るキャップ型携行ユニットの斜視図である。
【図４】図４は、頭部に装着された図３のキャップ型携行ユニットの正面図である。
【図５】図５は、図４のキャップ型携行ユニット及び頭部のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図６は、第２の実施形態に係る脳波収集制御装置の動作を説明するための機能ブロック図である。
【図７】図７は、第２の実施形態に係るキャップ型携行ユニットの変形性及びベースユニットの動作を説明するための機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
（第１の実施形態）
図１は、脳波を収集する対象者をコンボイの運転手２とした場合の、第１の実施形態に係る脳波収集制御装置１の概略構成図である。脳波収集制御装置１は、運転手２の脳波を検出し、運転手２に対して各種刺激を与える。運転手２に与える刺激は、運転手２に対する制御目標によって変わる。運転手２に対する制御目標には、例えば、眠り防止、眠り促進、緊張度緩和、緊張度上昇、集中力上昇、集中力緩和などが含まれる。なお、制御目標は本実施形態で列挙するものに限られるものではない。以下、脳波収集制御装置１の具体的な構成及び動作を説明する。
【００４０】
（脳波収集制御装置１の概略構成）
脳波収集制御装置１は、ハット型携行ユニット１０とベースユニット１１と外部制御装置１２とにより構成されている。なお、本発明は、本実施形態と同一の脳波収集制御装置１に限られるものではない。
【００４１】
（ハット型携行ユニット１０の概略構成）
ハット型携行ユニット１０は、カウボーイハット２０に脳波検出デバイス２１を搭載して構成されている。脳波検出デバイス２１は、複数の電極パッド２２と１つのフレキシブル基板２３とにより構成されている。
【００４２】
複数の電極パッド２２は、運転手２の頭部３にカウボーイハット２０をかぶせた状態において、頭部３に接触するように配設されている。各電極パッド２２とフレキシブル基板２３との間には図示されていない配線が接続されている。フレキシブル基板２３には、第１の信号処理回路２４と第１の無線通信部２５とが搭載されている。電極パッド２２及びフレキシブル基板２３は、カウボーイハット２０の形状に沿うように形成されている。ハット型携行ユニット１０の詳細な構成については後述する。
【００４３】
（ベースユニット１１の概略構成）
ベースユニット１１は、コンボイの車室４に搭載された第２の無線通信部３０と第２の信号処理回路３１と刺激生成部３２とスイッチ３３とにより構成されている。なお、ベースユニット１１を構成する各種機器の車室４内における位置は、本実施形態で例示された位置に限られるものではない。ベースユニット１１は、運転手２が携行可能に形成されていてもよい。
【００４４】
第２の無線通信部３０と第２の信号処理回路３１とスイッチ３３とは、一緒に１つのボックスに収容されている。ベースユニット１１は、コンボイから電源供給を受けるものであってもよいし、内蔵電源によって駆動するものであってもよく、他の装置から電源供給を受けるものであってもよい。
【００４５】
刺激生成部３２は、ランプ３４と匂い発生器３５とスピーカー３６とショック印加電極３７と温度調節器３８と振動発生器３９とにより構成されている。刺激生成部３２は、第２の信号処理回路３１から指示信号を受信して、指示信号によって示された動作を実行する。ランプ３４は、運転手２の視野に入りやすい場所に配設されており、指示信号に応じて明るさ、色、点滅速度などを変化させる。匂い発生器３５は、運転手２付近に配置されており、あらかじめ種々の匂いを発する複数の薬品が収容されており、指示信号に応じて匂いの種類、匂いの強さなどを変化させる。スピーカー３６は、運転手２付近に配置されており、指示信号に応じて音を変化させる。ショック印加電極３７は、運転手２の体に装着されており、指示信号に応じて電気ショックの強さ、印加継続時間などを変化させる。温度調節器３８は、座席５に内蔵されており、指示信号に応じて温度を変化させる。温度調節器３８は、例えば、ヒーター、送風機、ペルチェ素子などによって構成される。振動発生器３９は、指示信号に応じて振動する。
【００４６】
なお、本実施形態のランプ３４、匂い発生器３５、スピーカー３６、ショック印加電極３７、温度調節器３８及び振動発生器３９は、人間の感覚器官に刺激を与える刺激生成手段としての一例を示すものであり、刺激生成手段は本実施形態で列挙したものに限られない。刺激生成手段により実現される刺激の変化は本実施形態に示されたものに限られない。
【００４７】
（外部制御装置１２の概略構成）
外部制御装置１２は、第３の無線通信部５０とディスプレイ５１と入力装置５２とにより構成されている。外部制御装置１２は、コンボイから離れた場所に設置されている。例えば、運転手２の家族がいる場所、運転手２の雇用者がいる場所、交通管理をする機関などに設置されている。外部制御装置１２は、汎用コンピュータにより構成されていてもよいし、専用の装置により構成されていてもよい。外部制御装置１２は、音声を伝送する業務用無線機であってもよいし、さらに単純又は複雑な信号を伝送するものであってもよい。
【００４８】
（脳波収集制御装置１の動作）
図２は、脳波収集制御装置１の機能ブロック図である。
【００４９】
ハット型携行ユニット１０では、まず、複数の電極パッド２２が、各設置箇所において頭部３から脳波を検出し、脳波信号として出力する。以下、脳波信号は、電極パッド２２において検出される脳波の波形をアナログ信号又はデジタル信号で表現したもの、脳波を周波数に変換したもの、その他の脳波の変化を示す信号を意味する。
【００５０】
第１の信号処理回路２４は、複数の電極パッド２２から出力される複数の脳波信号を、アナログ信号処理回路、ＡＤ（Ａｎａｌｏｇ−Ｄｉｇｉｔａｌ）変換回路、デジタル信号処理回路により順に処理する。本実施形態では、第１の信号処理回路２４においてアナログ信号の脳波信号をデジタル信号に変換した後、第２の信号処理回路３１においてデジタル信号の脳波信号を処理するように構成されている。なお、第１の信号処理回路２４と第２の信号処理回路３１とは、協働して脳波処理手段として機能していればよく、機能の分担は本実施形態に示された方法に限られるものではない。
【００５１】
第１の信号処理回路２４において処理された複数の脳波信号は、第１の無線通信部２５から送信される。各脳波信号には、頭部３における電極の位置を示す位置情報が付加されている。
【００５２】
ベースユニット１１では、まず、第２の無線通信部３０が、第１の無線通信部２５から複数の脳波信号を受信する。第１の無線通信部２５と第２の無線通信部３０との通信に使用される規格は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｚｉｇｂｅｅなどが挙げられる。
【００５３】
第２の信号処理回路３１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、各種演算用ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）及び各種入出力インターフェースによって構成されている。第２の信号処理回路３１は、フィルタ部４０、フィルタ選択部４１、脳波選択部４２、組み合わせ変更部４３、指示信号生成部４４及びプロセス変更部４５として機能する。説明の便宜上、第２の信号処理回路３１を処理機能に応じた機能ブロックに分割して図示しているが、各機能ブロックを実現する構成が構造的に分離している必要はない。
【００５４】
フィルタ部４０は、ノイズフィルタを使用し、第２の無線通信部３０において受信した脳波信号のノイズを低減する。脳波信号からノイズを除去する具体的な方法としては、複数の環境毎に固定値のノイズ量を値として予め記憶しておき、電極パッド２２において検出された波形から記憶されたノイズ量を引き算処理する方法が例示される。
【００５５】
フィルタ選択部４１は、複数種類のノイズフィルタからフィルタ部４０において適用されるノイズフィルタを選択する。フィルタ選択部４１は、環境に応じた複数のノイズフィルタを予め用意している。例えば、コンボイの車両から出るノイズを低減するノイズフィルタ、列車から出るノイズを低減するノイズフィルタ、飛行機から出るノイズを低減するノイズフィルタなどである。コンボイ内で使用される本実施形態の脳波収集制御装置１では、フィルタ選択部４１は、コンボイの車両から出るノイズを低減するノイズフィルタを選択する。なお、フィルタ選択部４１は、複数のノイズフィルタを同時に選択するように構成されていてもよい。
【００５６】
フィルタ選択部４１によるフィルタの選択を可能とすることにより、脳波収集制御装置１の使用環境が１箇所に限定されなくなり、脳波収集制御装置１を様々な環境で使用することが容易となる。
【００５７】
脳波選択部４２は、まず、ノイズを多く含む脳波信号と信号強度が十分でない脳波信号とを除去する。ノイズを多く含む脳波信号と信号強度が十分でない脳波信号とを除去することにより、ノイズが少なく信号強度が強い脳波信号を使用して正確な指示信号を生成することができる。具体的な選択方法として、脳波信号の検出位置ごとに、予め記憶された脳波信号と検出された脳波信号とをマッチング処理し、予め記憶された脳波信号と検出された脳波信号との差が許容範囲に収まっていると判断された脳波信号を選択する方法が例示される。
【００５８】
脳波選択部４２は、更に、ノイズを低減した複数の脳波信号の中から、指示信号の生成に利用する脳波信号を選択する。図１の運転手２に対する制御目標に応じて、指示信号の生成に利用する脳波信号の組み合わせは異なる。言い方を変えると、制御目標に応じ、頭部３における電極パッド２２の最適な検出位置が異なる。脳波信号と電極パッド２２の位置の対応関係は、脳波信号に含まれる位置情報によって知ることができる。
【００５９】
組み合わせ変更部４３は、脳波選択部４２によって選択される脳波信号の組み合わせを変更する。例えば、第１の制御目標が設定された場合には、図示されていない電極パッドＡと電極パッドＢとから出力された脳波信号の組み合わせに変更し、第２の制御目標が設定された場合には図示されていない電極パッドＣと電極パッドＤとから出力された脳波信号の組み合わせに変更する。組み合わせ変更部４３は、制御目標ごとに電極パッド２２の組み合わせを予め記憶している。
【００６０】
指示信号の生成に利用する脳波信号の組み合わせを変更可能とすることにより、１台の脳波収集制御装置１によって複数の制御目標を実現することができる。すなわち、組み合わせ変更部４３により、制御目標に応じて最適な脳波信号を選択することが可能となるため、眠りの防止といった１種類の制御目標に限らず、眠りの促進及び集中力の向上などの複数の種類の制御目標を実現することができる。
【００６１】
指示信号生成部４４は、脳波処理プログラムを実行し、脳波選択部４２から入力された脳波信号を参照して指示信号を生成し、刺激生成部３２に動作を指示する。
【００６２】
プロセス変更部４５は、指示信号生成部４４が実行する脳波処理プログラムを切り替える。プロセス変更部４５は、制御目標ごとに脳波処理プログラムを予め記憶している。各脳波処理プログラムは、事前に測定した運転手２の脳波、一般的なデータ、その他の情報に基づいて予め設定されている。
【００６３】
指示信号の内容は、刺激の強度を変化させること、刺激を与える間隔を変化させること、刺激の種類を変化させることなどが含まれる。急激な刺激及び過度の刺激は運転の妨げとなるため、段階的に刺激を強くすることが好ましい。例えば、制御目標が眠り防止である場合には、運転手２が眠る直前に急激に刺激を与えるのではなく、眠る前兆が検出された段階で早めに刺激を与え、その後、徐々に刺激を強くすることが好ましい。
【００６４】
スイッチ３３は、使用環境及び制御目標を手動で設定することを可能にしている。スイッチ３３において設定された使用環境に基づいて、フィルタ選択部４１がフィルタを選択する。スイッチ３３において設定された制御目標に基づいて、脳波選択部４２が最適な脳波信号の組み合わせを選択する。スイッチ３３において設定された制御目標に応じて、指示信号生成部４４が指示信号を生成する。スイッチ３３は、第２の信号処理回路３１の処理内容を変更することができれば、その構成はどのようなものであってもよい。
【００６５】
例えば、スイッチ３３により制御目標を眠り防止に設定した場合、指示信号生成部４４は、眠り防止用の脳波処理プログラムに基づいて指示信号を生成する。具体例としては、入力された脳波信号から運転手２が眠りかけていると判断した場合、ランプ３４を赤く点灯させたり、匂い発生器３５から強い匂いを発生させたり、スピーカー３６から警告音を出力させたり、ショック印加電極３７から強い電圧を印加したり、温度調節器３８の温度を下げたり、振動発生器３９を振動させたりする。脳波信号を解析することにより、完全に眠る前の状態で制御対象者に対して警告及び警報を発することができ、その結果、危険をより確実に回避することができる。
【００６６】
例えば、スイッチ３３により制御目標を眠り促進に設定した場合、指示信号生成部４４は、眠り促進用の脳波処理プログラムに基づいて指示信号を生成する。具体例としては、入力された脳波信号から運転手２が眠れないと判断した場合、ランプ３４を消灯させたり、匂い発生器３５から心地よい匂いを発生させたり、スピーカー３６の音量を下げたり、ショック印加電極３７の動作を停止したり、温度調節器３８の温度を上げたり、振動発生器３９を停止させたりする。制御目標が集中力の向上である場合の例では、入力された脳波信号から運転手２の集中力が低下していると判断した場合、匂い発生器３５から強い匂いを発生させる。
【００６７】
指示信号生成部４４は、更に、脳波信号に関する情報を第２の無線通信部３０から送信する。脳波信号に関する情報として、脳波信号そのもの、運転手２が眠りに近づいていること、運転手２の意識が朦朧としていること、運転手２の脳波信号が所定条件に合致すること、警報などが例示される。
【００６８】
外部制御装置１２は、第３の無線通信部５０において脳波信号に関する情報を受信する。第２の無線通信部３０と第３の無線通信部５０との通信手段は、例えば、電話回線、インターネット、業務用無線、専用通信回線である。なお、第２の無線通信部３０と第３の無線通信部５０との通信は有線通信でおきかえられてもよい。受信された脳波信号に関する情報は、ディスプレイ５１に表示されて報知される。ディスプレイ５１に表示された脳波信号に関する情報を確認して、管理者が入力装置５２を通じて外部指示を入力する。入力装置５２としては、キーボード、マウス、タッチパネル、各種スイッチ、マイク、撮像装置などが例示される。外部指示としては、例えば、スピーカー３６を操作して管理者の音声を運転手２に聞かせる指示、使用環境及び制御目標の設定指示などが挙げられる。
【００６９】
なお、外部制御装置１２は、運転手２の脳波を定期的に収集する機能を有していてもよい。運転手２の脳波を定期的に収集することにより、運転手２の状態を統計的に管理することができる。更に、収集した脳波を解析し、指示信号生成部４４の処理に反映させることにより、より正確な指示信号を生成することができるようになる。外部制御装置１２は、複数の脳波収集制御装置１から複数人の脳波に関する情報を収集する機能を有していてもよい。例えば、運送会社の安全管理システムにおいて、複数の運転手２の脳波に関する情報を収集することにより、複数の運転手２の健康状態に応じて複数の車両の走行時間及び停車時間を管理することができ、その結果、複数の運転手２の健康管理、危険予防、安全管理を集中的に実現することができる。
【００７０】
本実施形態の脳波収集制御装置１は、第１の信号処理回路２４と第２の信号処理回路３１とが処理を分担している。本実施形態の第１の信号処理回路２４は、主としてアナログ信号の脳波信号をデジタル信号に変換する役割を担っている。第１の信号処理回路２４は、第２の信号処理回路３１の処理を更に多く担当するように構成されていてもよい。ただし、第１の信号処理回路２４の処理を少なくしたほうが、第１の信号処理回路２４の消費電力を小さくすることができるとともに、ハット型携行ユニット１０の構成を簡素化することができる。ハット型携行ユニット１０の構成が簡素であるほど、ハット型携行ユニット１０を身に着けることが容易となる。
【００７１】
本実施形態の脳波収集制御装置１では、ベースユニット１１がコンボイの車室４に搭載されている。他の例として、脳波収集制御装置１が小型ボックスに収容して持ち歩けるように構成されていてもよい。複数のベースユニット１１が、複数の使用環境下に配設されていてもよい。
【００７２】
本実施形態の脳波収集制御装置１は、医師や研究者などの専門家でない一般人でも容易に取り扱うことができる。
【００７３】
（ハット型携行ユニット１０の構成）
本実施形態では、複数の電極パッド２２を搭載する頭部装着体が、図１に示すカウボーイハット２０により構成されている。カウボーイハット２０は、視覚的及び触覚的に装着位置を確認することが容易であるため、制御対象者が、装着する度に、ほぼ同じ位置を把持することができるとともに、同じ動作で頭部３のほぼ同じ位置に装着することができる。従って、パッドカウボーイハット２０には予め複数の電極パッド２２を装着しておくことにより、装着の度に、複数の電極パッド２２を適正な位置に装着することが容易となる。装着する度に、頭部３においてカウボーイハット２０の位置がほぼ同じになることで、電極パッド２２の装着位置が安定し、その結果として、従来よりも正確に指示信号を生成することができる。なお、制御対象者が装着位置を確認しやすくなるよう、カウボーイハット２０に印をつけておくことが好ましい。
【００７４】
カウボーイハット２０を髪に固定することができるように、髪止めピンがカウボーイハット２０に取り付けられている。カウボーイハット２０を頭部３に固定する固定具は、髪止めピンに限るものではなく、例えば、かんざし、櫛、ネットなどであってもよい。
【００７５】
電極パッド２２と第１の信号処理回路２４とを接続している配線は、カウボーイハット２０の縁に装着されている。他の実施形態において、配線がカウボーイハット２０に予め縫いこまれたものであってもよい。配線をカウボーイハット２０に予め縫いこんでおくことにより、配線が切れたり外れたりする可能性を低くすることができる。
【００７６】
頭部装着体は、カウボーイハット２０に限られない。頭部装着体は、制御対象者が日常的に身に着ける物であることが好ましく、例えば、めがね、サングラス、サンバイザー、帽子が挙げられる。制御対象者が航空機の操縦士であれば、操縦士用の帽子を頭部装着体とすることが好ましい。制御対象者が日常的に身につける物を頭部装着体とすることにより、装着忘れの減少、装着位置の安定化、装着時の違和感の解消、などを実現することができる。
【００７７】
頭部装着体は、制御対象者の頭部３からずれないように、伸縮性のある素材で形成されていることが好ましい。
【００７８】
複数の電極パッド２２に含まれる一の電極パッド２２が基準の電圧（ＧＮＤ又はＲｅｆ）を定めるために使用され、残りの電極パッド２２が脳波信号の検出に使用される。基準の電圧を定める電極パッド２２は、頭部３の中央に配置され、残りの電極パッド２２は、頭部３に、電極パッド２２を左右対称に配置されている。他の実施形態として、電極パッド２２を２つずつ組み合わせて、各組の電極パッド２２間の電位差又は電流値を検出してもよい。
【００７９】
ハット型携行ユニット１０は、１つの第１の信号処理回路２４に対して複数の電極パッド２２が接続されている構造を有している。電極パッド２２に搭載する電源として、シート電極が例示される。
【００８０】
ハット型携行ユニット１０は、図示しない太陽電池や充電池などの電源を搭載している。電源として太陽電池を搭載することにより、ハット型携行ユニット１０が電池切れになるおそれを低減することができる。電極パッド２２、第１の信号処理回路２４及び第１の無線通信部２５は、ハット型携行ユニット１０に搭載された電源から電力の供給を受けるように構成されているため、ベースユニット１１から離れた場所でも使用することができる。なお、ハット型携行ユニット１０は、近接して配置されたベースユニット１１及び他の機器から電力供給を受けてもよい。また、ハット型携行ユニット１０は、ペーパー電池を搭載することによって薄さを実現したものであってもよい。また、ハット型携行ユニット１０は、人体の発熱を利用して電力を生成するものであってもよい。
【００８１】
電極パッド２２は、非接触式の電極構造を有している。電極パッド２２は、表面と裏面とを有する板状の導電体を有し、導電体の表面に絶縁体と布とを順に積層した構造を有している。装着時に布が頭部３に触れるため、金属及び絶縁体が皮膚に触れる場合に比較して、痛み及び不快感が生じにくい。
【００８２】
なお、他の実施形態として、電極パッド２２が導電体を皮膚に接触させる構造であってもよい。電極パッド２２の導電体と皮膚との間に、導電性布、導電性ペーストなどを介在させることにより、皮膚のインピーダンスを低下させることが好ましい。
【００８３】
電極パッド２２の導電体の裏面にはマジックテーブが取り付けられている。面ファスナーが取り付けられていることにより電極パッド２２をカウボーイハット２０に対して着脱することが容易となる。電極パッド２２をカウボーイハット２０に取り外し可能に取り付ける取付部材は、面ファスナーに限られない。取付部材としては、例えば、各種ボタン、線ファスナー、鉤状フックなどが例示される。電極パッド２２は、更に、配線を着脱する端子を有している。配線及びカウボーイハット２０から電極パッド２２を取り外すことができるため、電極パッド２２が配線及びカウボーイハット２０に固定されている場合に比較して、電極パッド２２の交換が容易となる。他の実施形態として、電極パッド２２は、配線とともに交換されるものであってもよい。
【００８４】
電極パッド２２は、インピーダンス変換用バッファを搭載している。インピーダンス変換用バッファは、導電体と配線との間に介在している。インピーダンス変換用バッファを搭載することにより電極のインピーダンスを低下させることができる。
【００８５】
本実施形態のハット型携行ユニット１０は、電極パッド２２、第１の信号処理回路２４、第１の無線通信部２５、配線及び電源を含む全ての電子部品が防水構造を有している。ハット型携行ユニット１０が防水構造を有することにより、汗や雨などによって電子部品が破壊されることを防ぐことができる。脳波収集制御装置１は、医療行為として脳波を収集することを目的としていないため、制御対象者が必ずしも安静にしているわけではなく、更に、必ずしも室内にいるとは限られない。従って、制御対象者に装着されるハット型携行ユニット１０が濡れる可能性は少なくないため、電子部品を防水構造とすることが重要である。
【００８６】
ハット型携行ユニット１０には、電磁波遮蔽部材が取り付けられている。電磁波遮蔽部材として、例えば、ノイズシールド用のフィルム、ノイズシールド用のテープなどがある。電磁波遮蔽部材により電極パッド２２、第１の信号処理回路２４、第１の無線通信部２５、配線及び電源を含む電子部品の一部又は全部を覆うことにより、脳波を正確に検出することが可能となる。脳波収集制御装置１の使用環境が予め明らかであれば、使用環境下で発生するノイズを低減するのに最適な電磁波遮蔽部材を選択しておくことが好ましい。
【００８７】
（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係るキャップ型携行ユニット６０の斜視図である。キャップ型携行ユニット６０は、第１の実施形態に係るハット型携行ユニット１０の変形例に相当する。ベースユニット１１及び外部制御装置１２の構成については、第１の実施形態と重複する説明を省略する。
【００８８】
キャップ型携行ユニット６０は、キャップ６１、２つの独立型脳波検出デバイス６２、位置確認デバイス６３、検出位置指定デバイス６４及びフィルタ情報デバイス６５により構成されている。
【００８９】
（キャップ型携行ユニット６０の構造）
キャップ６１は、中空の略半球状の本体７０と略平面状のつば７１とにより構成されている。本体７０は、略半球状の外面７２と略半球状の内面７３との共通の端部である円環状の端縁部７４を有する。つば７１は、三日月形状に形成されている。つば７１の三日月形状の短辺全体が本体７０の端縁部７４に縫合され、つば７１の三日月形状の長辺側が本体７０の外側に向けて突出するよう配設されている。位置確認デバイス６３、検出位置指定デバイス６４及びフィルタ情報デバイス６５は、本体７０の外面７２に装着されている。２つの独立型脳波検出デバイス６２、は、本体７０の内面７３に装着されている。
【００９０】
本体７０の外面７２は、図示されていない電磁波遮蔽部材により覆われている。キャップ６１は、脳波の検出を妨げるノイズを遮蔽するとともに、第１の無線通信部２５と第２の無線通信部３０との通信に使用される電磁波を透過する。脳波の検出を妨げるノイズとは、脳波に含まれる周波数の電磁波が例示される。電磁波遮蔽部材は、板金、金属メッシュ、金属インクなどが例示される。なお、電磁波遮蔽部材は、本体７０の内面７３を覆うように形成されていてもよく、外面７２と内面７３との間に挟まれていてもよく、キャップ６１の繊維として織り込まれていてもよい。なお、キャップ型携行ユニット６０を使用する環境に応じて複数のキャップ６１を用意し、各キャップ６１が異なる周波数のノイズを遮蔽するように構成してもよい。
【００９１】
図４は、図３のキャップ型携行ユニット６０を頭部３に装着したときの、キャップ型携行ユニット６０及び頭部３の前面図である。説明の便宜上、図４の十字型矢印で示す通り、正面視した紙面に沿う上下方向を、キャップ型携行ユニット６０及び頭部３の上下方向とし、正面視した紙面に沿う左右方向を、キャップ型携行ユニット６０及び頭部３の左右方向とする。更に、紙面から垂直手前に向かう方向を前方向とし、紙面から垂直奥側に向かう方向を後方向とする。
【００９２】
キャップ型携行ユニット６０は、本体７０の内面７３及び端縁部７４を下方に臨ませるとともにつば７１を本体７０の前方に配置したときに、上下方向及び前後方向に沿った仮想的な平面１００を中心として略左右対称となるように形成されている。
【００９３】
つば７１の長辺中央部７５は、最も前方に位置する。２つの独立型脳波検出デバイス６２は、額６の前方において左右対称となるように位置決めされている。位置確認デバイス６３は、本体７０の最上部に搭載されている。検出位置指定デバイス６４及びフィルタ情報デバイス６５は、本体７０の最上部付近に搭載されている。
【００９４】
キャップ型携行ユニット６０を装着する人は、つば７１の長辺中央部７５を額６の中央の下方に位置させることにより、キャップ型携行ユニット６０を適正な位置に装着することができる。なお、キャップ６１に色、形状及びその他の目印の少なくとも一つを付けておくことにより、運転手２が触覚、視覚及びその他の感覚の少なくとも一つによってキャップ６１の位置を容易に認識することができる。キャップ６１に目印を付けておくことにより、専門家でなくても容易にキャップ６１を頭部３における所定の位置に装着することができる。本実施形態では、つば７１の長辺中央部７５が目印として機能する。
【００９５】
図５は、図４のＶ−Ｖ線におけるキャップ型携行ユニット６０及び頭部３の断面図である。
【００９６】
キャップ６１の本体７０には、２つの位置決め部７６が固定されている。各位置決め部７６は、図４に示す各独立型脳波検出デバイス６２に重なるように、本体７０の内面７３に固定されている。図５に示すように、位置決め部７６は、キャップ６１の内面７３に密着した裏面７７と、面ファスナーとして機能するように加工された表面７８とを有している。
【００９７】
独立型脳波検出デバイス６２は、フレキシブル基板で形成された回路基板８０と、導電性布で形成された電極部８１と、面ファスナーとして機能するよう加工された薄膜状の着脱部８２とにより構成されており、薄板円盤形状を有している。回路基板８０は、電極部８１と着脱部８２とによりサンドウィッチ状に挟まれている。
【００９８】
回路基板８０は、キャップ６１の内面７３に沿ってあらかじめ湾曲形成されている。回路基板８０があらかじめ湾曲形成されているため、回路基板８０が平板である場合に比較して、回路基板８０によって額６が傷つくおそれが少なくなる。更に、回路基板８０が電極部８１と着脱部８２との間に挟まれているため、独立型脳波検出デバイス６２の交換時及び使用時に回路基板８０が破壊され難くすることができる。回路基板８０には、図２に示す第１の実施形態の第１の信号処理回路２４及び第１の無線通信部２５として機能する回路が搭載されている。
【００９９】
図５の電極部８１は、脳波を検出し、検出した脳波をアナログの脳波信号として回路基板８０に入力する。電極部８１は、突起の無い滑らかな表面を有している。導電性布は金属プレートに比較して柔らかいため、金属プレートに比較して額６を傷つけるおそれが少ない。回路基板８０より柔らかい電極部８１が回路基板８０と額６との間に挟まれているため、回路基板８０によって額６を傷つけるおそれが少ない。
【０１００】
着脱部８２の面ファスナーは、キャップ６１の位置決め部７６の面ファスナーに対して着脱可能に形成されている。独立型脳波検出デバイス６２をキャップ６１に装着する人は、位置決め部７６を目印として独立型脳波検出デバイス６２の装着位置を確認できるため、医療関係者などの専門家でなくても容易に独立型脳波検出デバイス６２を交換することができる。
【０１０１】
頭部３に対するキャップ型携行ユニット６０の位置をつば７１の長辺中央部７５により位置決め可能であり、更にキャップ６１に対する独立型脳波検出デバイス６２の位置を位置決め部７６により位置決め可能であるため、キャップ型携行ユニット６０の着脱を繰り返しても、頭部３の略同じ位置に電極部８１を接触させることが可能である。
【０１０２】
電極部８１が額６に面接触するので、電極部８１が点接触する場合に比較して、電極部８１から額６に加わる圧力が小さく、更に、キャップ型携行ユニット６０を頭部３に対して着脱する際に頭部３を傷つけるおそれが少ない。
【０１０３】
コンボイの運転、航空機の操縦、家事など、医療機関以外で脳波を検出する場合には、独立型脳波検出デバイス６２の汚れ、故障などの不慮の事故が発生した場合に、専門家以外の人が独立型脳波検出デバイス６２を交換しなければならない。第２の実施形態のキャップ型携行ユニット６０によれば、利用関係者などの専門家でなくても正確に位置決めしながら独立型脳波検出デバイス６２を交換することができる。
【０１０４】
なお、本実施形態では、独立型脳波検出デバイス６２をキャップ６１に対して着脱可能にする着脱機構として、面ファスナーを採用しているが、他の着脱機構を採用してもよい。着脱機構としては、各種ボタン、鉤状フック、線ファスナーが例示される。本実施形態のキャップ型携行ユニット６０は、２つの位置決め部７６と２つの独立型脳波検出デバイス６２とを備えているが、更に多くの位置決め部７６及び独立型脳波検出デバイス６２を備えていてもよい。
【０１０５】
検出位置指定デバイス６４及びフィルタ情報デバイス６５は、それぞれ、図示しない回路基板と回路基板を覆う布とにより構成されている。回路基板を覆う布は、面ファスナー構造を有しており、予め本体７０の外面７２に搭載された他の面ファスナーに対して着脱することができる。
【０１０６】
なお、独立型脳波検出デバイス６２に文字、色、形及びその他の目印の少なくとも一つを付けることにより、複数の位置決め部７６に対する各独立型脳波検出デバイス６２の装着位置を区別することができる。更に、各独立型脳波検出デバイス６２から識別信号を送信することにより、複数の独立型脳波検出デバイス６２の位置をベースユニット１１が区別することができる。なお、第２の無線通信部３０において受信された脳波信号と、第２の信号処理回路３１において予め記憶された脳波信号とを比較することにより、各独立型脳波検出デバイス６２から識別信号を送信しなくても脳波信号の検出位置を特定してもよい。
【０１０７】
図６は、第２の実施形態に係るキャップ型携行ユニット６０及びベースユニット１１の動作を説明するための機能ブロック図である。
【０１０８】
各独立型脳波検出デバイス６２は、電極部８１、第１の信号処理回路２４及び第１の無線通信部２５を備えている。従って、各第１の信号処理回路２４は、１つの電極部８１から脳波信号を入力して信号処理する。
【０１０９】
位置確認デバイス６３は、走査部９０と第４の無線通信部９１とを備えている。
【０１１０】
走査部９０は、電波を走査することにより各独立型脳波検出デバイス６２の位置を検出する。キャップ６１には適宜基準となる電極が配置されている。走査部９０は、基準となる電極に対する相対的な位置として各独立型脳波検出デバイス６２の位置を検出する。
【０１１１】
走査部９０が各独立型脳波検出デバイス６２の位置を把握する方法として、種々の方法を採用することができる。例えば、送信アンテナから指向方向を変化させながら電波を送信するとともに、受信アンテナにより受信方向を変化させながら反射波を受信することにより、独立型脳波検出デバイス６２により反射した電波の飛来方向及び飛来距離を検出する方法が例示される。また、走査部９０において、各独立型脳波検出デバイス６２の第１の無線通信部２５から出力される電波の飛来方向及び飛来距離を計測する方法が例示される。また、複数の走査部９０から送信される電波の遅延量を独立型脳波検出デバイス６２において検出する方法が例示される。走査部９０は、電極部８１の位置を把握することができれば、種々の構成によって実現することができる。なお、走査とは、電磁波と超音波との少なくとも一方について、受信方向と送信方向との少なくとも一方を変化させることを含む概念である。
【０１１２】
走査部９０において検出された各独立型脳波検出デバイス６２の位置は、位置情報として第４の無線通信部９１から送信される。位置情報は、第１の信号処理回路２４に送信されてもよいし、独立型脳波検出デバイス６２を識別する情報とともに第２の無線通信部３０に送信されてもよい。いずれにしても、各脳波信号と、その脳波信号を測定した位置を示す位置情報とが正確に対応付けられているようにする。
【０１１３】
キャップ型携行ユニット６０に位置確認デバイス６３を備えることにより、独立型脳波検出デバイス６２が位置情報を記憶していなくても、脳波信号と位置情報とを対応づけることが可能となる。すなわち、２つの独立型脳波検出デバイス６２の搭載位置を入れ替えても、脳波信号と位置情報とを対応づけることが可能となる。従って、利用者が、各独立型脳波検出デバイス６２の装着位置を確認する必要がなくなり、専門知識のない一般の利用者が容易に独立型脳波検出デバイス６２を取り付けることが可能となる。
【０１１４】
検出位置指定デバイス６４は、指定情報記憶部９２に記憶された指定情報を、第５の無線通信部９３から第２の無線通信部３０に送信する。指定情報は、眠り防止、眠り促進、その他の制御目標を示す情報である。第２の信号処理回路３１は、指定情報により通知される制御目標を、図２に示す組み合わせ変更部４３及びプロセス変更部４５に通知する。なお、指定情報は、脳波信号の組み合わせを指示する内容を含んでいれば、制御目標でなくてもよい。例えば、指定情報が、電極部８１の位置をいくつか指定するものであってもよい。この場合、脳波選択部４２は、指定された位置に搭載された電極部８１において検出された脳波信号を、位置情報に基づいて選択する。
【０１１５】
キャップ型携行ユニット６０に検出位置指定デバイス６４を備えることにより、スイッチ３３を使用しなくても制御目標を設定することができる。なお、スイッチ３３と検出位置指定デバイス６４とを共存させてもよい。異なる制御目標を指定情報として記憶した複数の検出位置指定デバイス６４を予め用意しておくことにより、利用者は、検出位置指定デバイス６４を取り換えるだけで容易に制御目標を変更することができる。また、異なる制御目標を指定情報として記憶した複数のキャップ型携行ユニット６０を用意しておけば、キャップ型携行ユニット６０を取り換えるだけで容易に制御目標を変更することができる。
【０１１６】
フィルタ情報デバイス６５は、フィルタ情報記憶部９４に記憶されたフィルタ情報を、第６の無線通信部９５から第２の無線通信部３０に送信する。フィルタ情報は、自動車、航空機、その他の使用環境を示す情報である。第２の信号処理回路３１は、フィルタ情報により通知されるフィルタ情報を、図２に示すフィルタ選択部４１に通知する。なお、フィルタ情報は、フィルタ部４０において使用されるノイズフィルタを指定する内容を含んでいれば、使用環境でなくてもよい。例えば、フィルタ情報は、コンボイの車両から発生するノイズを低減するノイズフィルタを選択するように直接指示する情報であってもよい。また、フィルタ情報は、ノイズフィルタとして参照される数値データや関数などであってもよい。
【０１１７】
キャップ型携行ユニット６０にフィルタ情報デバイス６５を備えることにより、スイッチ３３を使用しなくても使用環境を設定することができる。なお、スイッチ３３とフィルタ情報デバイス６５とを共存させてもよい。異なる使用環境をフィルタ情報として記憶した複数のフィルタ情報デバイス６５を予め用意しておくことにより、利用者は、フィルタ情報デバイス６５を取り換えるだけで容易に制御目標を変更することができる。また、異なる使用環境をフィルタ情報として記憶した複数のキャップ型携行ユニット６０を用意しておけば、キャップ型携行ユニット６０を取り換えるだけで容易に使用環境を変更することができる。
【０１１８】
図７は、キャップ型携行ユニット６０の変形例及びベースユニット１１を示す機能ブロック図である。変形例のキャップ型携行ユニット６０は、外部から読み取り可能に位置情報を記憶した受動型位置確認デバイス６６を２つ備えている。受動型位置確認デバイス６６は、例えばＩＣカードであり、外部から無線通信によって位置情報を読み取り可能に構成されている。一方の受動型位置確認デバイス６６は、図４に示す一方の独立型脳波検出デバイス６２に重なるように配置され、他方の受動型位置確認デバイス６６は、図４に示す他方の独立型脳波検出デバイス６２に重なるように配置されている。各受動型位置確認デバイス６６は、図５に示す位置決め部７６と本体７０との間に配置されている。２つの受動型位置確認デバイス６６はそれぞれ異なる位置情報を記憶している。
【０１１９】
各独立型脳波検出デバイス６２は、読み取り部６７により、最も近くに配置された受動型位置確認デバイス６６から位置情報を読み取る。各第１の信号処理回路２４は、位置情報を脳波信号に含めて第１の無線通信部２５から送信する。
【０１２０】
独立型脳波検出デバイス６２と受動型位置確認デバイス６６とが一対一で対応するとともに、近接配置されていることにより、電極部８１の位置と、検出された脳波信号とを正確に対応づけることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明の制御対象者はコンボイの運転手に限らず、農業用トラックの運転手、航空機操縦士、自動車の運転手、トラックの運転手、バスドライバー、タクシードライバー、その他の車両のドライバー、鉄道運転手、パイロット、ガードマン、船舶操舵手、陸海軍の見張り、夜勤労働者、管制官なども含む。制御対象者が眠ってはいけない職業に従事する人である場合に本発明は好適であるが、幅広い人を制御対象とすることができる。
【０１２２】
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限られるものではない。本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変形及び組み合わせが可能である。
【符号の説明】
【０１２３】
１ 脳波収集制御装置
２ 運転手
３ 頭部
４ 車室
５ 座席
６ 額
１０ ハット型携行ユニット
１１ ベースユニット
１２ 外部制御装置
２０ カウボーイハット
２１ 脳波検出デバイス
２２ 電極パッド
２３ フレキシブル基板
２４ 第１の信号処理回路
２５ 第１の無線通信部
３０ 第２の無線通信部
３１ 第２の信号処理回路
３２ 刺激生成部
３３ スイッチ
３４ ランプ
３５ 匂い発生器
３６ スピーカー
３７ ショック印加電極
３８ 温度調節器
３９ 振動発生器
４０ フィルタ部
４１ フィルタ選択部
４２ 脳波選択部
４３ 組み合わせ変更部
４４ 指示信号生成部
４５ プロセス変更部
５０ 第３の無線通信部
５１ ディスプレイ
５２ 入力装置
６０ キャップ型携行ユニット
６１ キャップ
６２ 独立型脳波検出デバイス
６３ 位置確認デバイス
６４ 検出位置指定デバイス
６５ フィルタ情報デバイス
６６ 受動型位置確認デバイス
６７ 読み取り部
７０ 本体
７１ つば
７２ 外面
７３ 内面
７４ 端縁部
７５ 長辺中央部
７６ 位置決め部
７７ 裏面
７８ 表面
８０ 回路基板
８１ 電極部
８２ 着脱部
９０ 走査部
９１ 第４の無線通信部
９２ 指定情報記憶部
９３ 第５の無線通信部
９４ フィルタ情報記憶部
９５ 第６の無線通信部
１００ 仮想的な平面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脳波を検出して前記脳波に応じた脳波信号を出力する電極と前記脳波信号を信号処理する第１の信号処理手段と前記第１の信号処理手段に接続された第１の無線通信手段とを含む脳波検出デバイスと、前記脳波検出デバイスを搭載して人体の頭部に装着可能に構成された頭部装着体と、を有する携行ユニットと、
少なくとも前記第１の無線通信手段を相手に無線通信する第２の無線通信手段と、人体の感覚器官に対する刺激を生成する刺激生成手段と、前記第２の無線通信手段に接続されて、前記脳波信号を前記第１の信号処理手段と共に信号処理することにより、前記刺激生成手段により生成される刺激を前記脳波信号の変化に応じて変化させる第２の信号処理手段と、を有するベースユニットと、を備える、
脳波収集制御装置。
【請求項２】
複数の前記脳波検出デバイスを備え、
各前記脳波検出デバイスが、前記頭部装着体に対して着脱可能に構成されている、
請求項１に記載の脳波収集制御装置。
【請求項３】
前記携行ユニットが、前記頭部装着体における前記脳波検出デバイスの取り付け位置として前記頭部装着体に搭載された第１の着脱部材と、前記脳波検出デバイスを前記第１の着脱部材に対して取り外し可能に取り付ける第２の着脱部材と、を更に有する、
請求項２に記載の脳波収集制御装置。
【請求項４】
前記携行ユニットが、前記第１の信号処理手段と前記第２の信号処理手段との少なくとも一方に対し、前記頭部装着体における前記電極の位置を示す位置情報を出力する位置確認デバイスを更に有する、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の脳波収集制御装置。
【請求項５】
前記位置確認デバイスが、電磁波及び超音波の少なくとも一方を走査することにより前記頭部装着体における前記電極の位置を検出する、
請求項４に記載の脳波収集制御装置。
【請求項６】
複数の前記脳波検出デバイスと、複数の前記位置確認デバイスと、を備え、
前記位置確認デバイスが、外部から読み取り可能に前記位置情報を記憶し、
各前記脳波検出デバイスが、少なくとも一の前記位置確認デバイスから位置情報を読み取る、
請求項４に記載の脳波収集制御装置。
【請求項７】
複数の前記脳波検出デバイスを備え、
前記携行ユニットが、前記脳波信号を検出する複数の検出位置から少なくとも一の検出位置を指定する指定情報を、前記第１の信号処理手段と前記第２の信号処理手段との少なくとも一方に出力する検出位置指定デバイスを更に有し、
前記第１の信号処理手段と前記第２の信号処理手段とが協働して、前記指定情報により指定される前記少なくとも一の検出位置で検出される前記脳波信号の変化に応じて、前記刺激生成手段により生成される前記刺激を変化させる、
請求項１から請求項６のいずれかに記載の脳波収集制御装置。
【請求項８】
前記刺激生成手段により生成される刺激を前記脳波信号の変化に応じて変化させる制御方法を、前記第１の信号処理手段と前記第２の信号処理手段とが前記指定情報に応じて変更する
請求項７に記載の脳波収集制御装置。
【請求項９】
前記携行ユニットが、ノイズ除去フィルタに関するフィルタ情報を、前記第１の信号処理手段と前記第２の信号処理手段との少なくとも一方に出力するフィルタ情報デバイスを更に有し、
前記第１の信号処理手段と前記第２の信号処理手段とが協働して、前記フィルタ情報によって示されるノイズ除去フィルタを前記脳波信号に適用する、
請求項１から請求項８のいずれかに記載の脳波収集制御装置。
【請求項１】
脳波を検出して前記脳波に応じた脳波信号を出力する電極と前記脳波信号を信号処理する第１の信号処理手段と前記第１の信号処理手段に接続された第１の無線通信手段とを含む脳波検出デバイスと、前記脳波検出デバイスを搭載して人体の頭部に装着可能に構成された頭部装着体と、を有する携行ユニットと、
少なくとも前記第１の無線通信手段を相手に無線通信する第２の無線通信手段と、人体の感覚器官に対する刺激を生成する刺激生成手段と、前記第２の無線通信手段に接続されて、前記脳波信号を前記第１の信号処理手段と共に信号処理することにより、前記刺激生成手段により生成される刺激を前記脳波信号の変化に応じて変化させる第２の信号処理手段と、を有するベースユニットと、を備える、
脳波収集制御装置。
【請求項２】
複数の前記脳波検出デバイスを備え、
各前記脳波検出デバイスが、前記頭部装着体に対して着脱可能に構成されている、
請求項１に記載の脳波収集制御装置。
【請求項３】
前記携行ユニットが、前記頭部装着体における前記脳波検出デバイスの取り付け位置として前記頭部装着体に搭載された第１の着脱部材と、前記脳波検出デバイスを前記第１の着脱部材に対して取り外し可能に取り付ける第２の着脱部材と、を更に有する、
請求項２に記載の脳波収集制御装置。
【請求項４】
前記携行ユニットが、前記第１の信号処理手段と前記第２の信号処理手段との少なくとも一方に対し、前記頭部装着体における前記電極の位置を示す位置情報を出力する位置確認デバイスを更に有する、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の脳波収集制御装置。
【請求項５】
前記位置確認デバイスが、電磁波及び超音波の少なくとも一方を走査することにより前記頭部装着体における前記電極の位置を検出する、
請求項４に記載の脳波収集制御装置。
【請求項６】
複数の前記脳波検出デバイスと、複数の前記位置確認デバイスと、を備え、
前記位置確認デバイスが、外部から読み取り可能に前記位置情報を記憶し、
各前記脳波検出デバイスが、少なくとも一の前記位置確認デバイスから位置情報を読み取る、
請求項４に記載の脳波収集制御装置。
【請求項７】
複数の前記脳波検出デバイスを備え、
前記携行ユニットが、前記脳波信号を検出する複数の検出位置から少なくとも一の検出位置を指定する指定情報を、前記第１の信号処理手段と前記第２の信号処理手段との少なくとも一方に出力する検出位置指定デバイスを更に有し、
前記第１の信号処理手段と前記第２の信号処理手段とが協働して、前記指定情報により指定される前記少なくとも一の検出位置で検出される前記脳波信号の変化に応じて、前記刺激生成手段により生成される前記刺激を変化させる、
請求項１から請求項６のいずれかに記載の脳波収集制御装置。
【請求項８】
前記刺激生成手段により生成される刺激を前記脳波信号の変化に応じて変化させる制御方法を、前記第１の信号処理手段と前記第２の信号処理手段とが前記指定情報に応じて変更する
請求項７に記載の脳波収集制御装置。
【請求項９】
前記携行ユニットが、ノイズ除去フィルタに関するフィルタ情報を、前記第１の信号処理手段と前記第２の信号処理手段との少なくとも一方に出力するフィルタ情報デバイスを更に有し、
前記第１の信号処理手段と前記第２の信号処理手段とが協働して、前記フィルタ情報によって示されるノイズ除去フィルタを前記脳波信号に適用する、
請求項１から請求項８のいずれかに記載の脳波収集制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１８２９７３（Ｐ２０１１−１８２９７３Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１８３７（Ｐ２０１０−５１８３７）
【出願日】平成２２年３月９日（２０１０．３．９）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
２．ＺＩＧＢＥＥ
【出願人】（３０４０３０４９７）株式会社プロアシスト (22)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月９日（２０１０．３．９）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
２．ＺＩＧＢＥＥ
【出願人】（３０４０３０４９７）株式会社プロアシスト (22)
【Ｆターム（参考）】
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