JP5303851B2

JP5303851B2 - 飲酒検知装置

Info

Publication number: JP5303851B2
Application number: JP2007097679A
Authority: JP
Inventors: 太生木下; 崇孝望月; 純一喜多; 光良吉井; 久光赤丸; 昌之岡田; 誠治武内
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2007-04-03
Filing date: 2007-04-03
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2027-04-03
Also published as: JP2008253455A

Description

本発明は飲酒状態を検知する技術に関し、特に車両等の移動体に搭載可能な小型・軽量且つ低価格な飲酒検知装置に関する。

飲酒による、自動車、鉄道、船舶及び航空機等である移動体の操作は、それぞれに関係する法律及び省令により禁止されている。実際に近年、飲酒による危険な運転が行われ、重大な事故が多々発生しており、移動体への操作前における飲酒及び酒気帯び度の管理が問われるようになっている。

移動体の操作前及び操作中に飲酒の有無を検知することができれば飲酒による事故を未然に防ぐことができる。このような対策として、運転者の呼気中に含まれるアルコール濃度を検出して飲酒運転の防止を物理的に図るアルコール成分検出装置がある（例えば、特許文献１参照）。なお、呼気による測定では、呼気中のアルコール濃度を的確にキャッチできるようにマウスピースが必要である。しかし、口腔粘膜を介した感染症を防止するため、個人専用のものを用意し、測定ごとに消毒する必要がある。
特開２００４−２４５８００公報

しかしながら、特許文献１に記載されたようなアルコールのみの検知では、個人差があり、適切な飲酒運転防止になり得ない場合もある。更には、運転者の酒気帯び度に対し、アセトアルデヒド及び疲労感が残った状態では、アルコール代謝とともにアルコール濃度が減少傾向となる影響が考慮されず、適切な酒気帯び度が判定されない問題がある。

一方、アセトアルデヒドや疲労感を誘起する体内物質を検出するためには、ＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光光度計）等の高価且つ大型な装置が必要で、移動体等に搭載する簡便な装置としての適格性を欠く。

飲酒による事故は自動車に限られず、船舶や航空機等種々の移動体でも同様である。

本発明は、単なる血中アルコール濃度の測定だけにより、飲酒運転を防止するのではなく、アセトアルデヒドや疲労感を誘起する体内物質までも考慮することも可能であり、より効率的且つ確実に飲酒運転を防止でき、しかも軽量・小型で且つ安価な飲酒検知装置を提供することを目的とする。

本発明の様態は、（イ）被検者の体の一部の赤外分光吸光率を、アルコール代謝に関係して被験者の血中での濃度が変化する乳酸に固有の波長を含む複数の特定の波長に関して選択的に測定し、被検査情報を取得する測定部と、（ロ）特定の波長において基準吸光率と被検査情報とを比較し、被検者の酒気帯び状態を判定する判定部とを備える飲酒検知装置であることを要旨とする。

本発明によれば、単なる血中アルコール濃度の測定だけにより飲酒運転を防止するのではなく、アセトアルデヒドや疲労感を誘起する体内物質までも考慮するが可能であり、より効率的且つ確実に飲酒運転を防止でき、しかも軽量・小型で且つ安価な飲酒検知装置を提供することを目的とする。

飲酒検知装置を提供できる。

次に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。なお以下の示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は構成部品の配置等を下記のものに特定するものではない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

本発明の実施の形態に係る飲酒検知装置は、図１に示すように、被検者の生体情報を被認証情報として取得する生体情報取得部４と、この生体情報取得部４の動作と連動して、被検者の体の一部の赤外分光吸光率を特定の波長に関して選択的に測定し、被検査情報を取得する測定部１と、登録生体情報及び基準吸光率を記憶する情報記憶部８と、登録生体情報と被認証情報とを比較し、被検者を特定運転者として個人認証する認証部１０と、特定の波長において基準吸光率と被検査情報とを比較し、特定運転者の酒気帯び状態を判定する判定部１０とを備える。本発明の実施の形態に係る飲酒検知装置は、更に、判定部が判定した結果を表示する表示部９とを備える。ここで、「特定運転者」とは、運転対象たる移動体に対する現実の運転（操縦を含む）を行う者であり、本発明の実施の形態に係る飲酒検知装置においては、その自動車を実際に運転する運転者である。又、「個人認証」とは、その個人（本人）しか持ち得ない属性を元にその属性を確認し本人であることを証明する行為を指す。本発明の実施の形態に係る飲酒検知装置１００において、この個人認証は、生体情報取得部４が取得した生体情報を被認証情報として用いて生体認証を行う。ここで、「生体認証」とは、バイオメトリクス認証とも呼ばれ、人間の身体的特徴（生体器官）や行動的特徴（癖）の情報を用いて行う個人認証技術であり、指紋、瞳孔、虹彩、静脈、声紋、網膜及び筆跡等があるが、実施の形態では、指紋を被認証情報として取得し、生体認証を実施する。

光源５が出射した赤外光を検出する測定部１には、重水素化L−アラニンドープトリグリシン硫酸結晶（ＤＬＡＴＧＳ）、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ系）、タンタル酸リチウム(ＬｉＴａＯ_３系)、ポリフツ化ビニリデン(ＰＶＦ２)等の焦電センサ等種々の赤外線検知器が採用可能である。ＤＬＡＴＧＳ素子は、潮解性を持つために，ＫＲＳ−５窓板を取り付けて外気から遮断した構造を取る。ＤＬＡＴＧＳの場合、感度が高いもののキュリー温度が低いため、素子の温調が必要である。また、光源５には、車両の熱やハロゲンランプ及びセラミックヒータを使用可能である。

図１に示した情報記憶部８は、特定の波長のそれぞれに関して飲酒の判断基準となる基準吸光率や予め登録した特定運転者の指紋情報の他に、生体情報取得部４が今回被認証情報として取得した被検者の生体情報（指紋情報）及びその取得日時、測定部１が今回測定した被検者の被検査情報及びその測定日時等も記録される。なお、特定運転者としての登録は複数可能であり、自動車の所有者以外も運転できるよう利便性を向上させることも可能である。情報記憶部８には、半導体メモリ、磁気ディスクや光ディスク等種々の記録媒体が利用可能であり、記憶された情報をデータとして管理し、容易に検索・抽出などの再利用をできるようにしたデータベースの形式で構築することもできる。

図１に示した認証部１０は、情報記憶部８に記憶されている予め登録された特定運転者の指紋と、生体情報取得部４が被認証情報として取得した被検者の指紋を比較して個人認証を行う。比較した２つの指紋が一致すれば指紋を取得した被検者を登録された特定運転者として特定し、異なれば飲酒検知装置を搭載した自動車の操作資格がない被検者として特定する。認証部１０には、認証演算機能（演算回路）を備えた演算処理回路（ＣＰＵ）等が使用可能である。

図１に示した判定部３は、予め登録した基準吸光率と測定部１が測定した被検者の測定結果とを特定の波長のそれぞれにおいて比較し、被検者の運転（操作）の可否を判定する。特定の波長のそれぞれにおける測定された吸光率が、基準吸光率内に収まっていれば、操作（運転）が可能と判定し、特定の波長のそれぞれにおける測定された吸光率が基準吸光率を越えている場合には、操作（運転）できないと判定する。判定結果は表示部９に出力する。判定部３には、所定のアルゴリズムに則って被検査情報を算出する演算機能を備えた演算処理回路（ＣＰＵ）が使用可能である。

ここで、「酒気帯び度」を示す特定の波長のそれぞれにおける吸光率の測定について、図１及び図２を用いて説明する。吸光率の測定は図１の飲酒検知装置１００を構成する簡易型赤外分光光度計によって、飲酒に特徴的な物質として同定された特定波長の信号を測定することで行う。

図１に示す飲酒検知装置１００を構成する簡易型赤外分光光度計は、光源５が発光した赤外光のうち特定波長の光の人体の一部による赤外分光吸光率を測定する測定部１、測定部１から出力された特定波長の吸光率のデータに対し信号処理する信号処理部２と、光源５が出力する光を断続光にするチョッパフィルタ７と、チョッパフィルタ７を回転させるチョッパ駆動部６と、予め同定した飲酒に特徴的な物質を示す特定波長についての指標（基準吸光率）を記憶する情報記憶部８と、測定された特定波長の吸光率と情報記憶部８に記憶された指標（基準吸光率）とを比較及び分析する判定部３と、分析結果を表示する表示部９で構成され、分光器を備えないので極めて簡単な構造であり、且つ安価である。

なお、チョッパフィルタ７は図２に示すように、飲酒に特徴的な物質を同定可能な波長を選択的に透過させるバンドパスフィルタとして、第１の干渉フィルタ２２ａ、第２の干渉フィルタ２２ｂ、第３の干渉フィルタ２２ｃ、第４の干渉フィルタ２２ｄ、第５の干渉フィルタ２２ｅ、第６の干渉フィルタ２２ｆの６つのフィルタとチョッパ駆動部６から回転力の伝達を受ける回転軸２０及びフィルタなしのリファレンス２１により構成される。例えば、第１の干渉フィルタ２２ａは波数３３５０．３５ｃｍ^-1の波長を透過するバンドパスフィルタであり、第２の干渉フィルタ２２ｂは波数１５８１．６３ｃｍ^-1の波長を透過するバンドパスフィルタであり、第３の干渉フィルタ２２ｃは波数１４１５．７５ｃｍ^-1の波長を透過するバンドパスフィルタであり、第４の干渉フィルタ２２ｄは波数１１２０．６４ｃｍ^-1の波長を透過するバンドパスフィルタであり、第５の干渉フィルタ２２ｅは波数１０３９．６３ｃｍ^-1の波長を透過するバンドパスフィルタであり、第６の干渉フィルタ２２ｆは波数８５２．５４ｃｍ^-1の波長を透過するバンドパスフィルタである。

飲酒を行うと、吸収されたアルコールの５％以上が毛髪、骨、歯、脂肪組織等の水分の少ない部位を除いて体中に浸透すると言われている。大半は肝臓で代謝されるが、それらの中間生成物がでる。例えば、脱水素酵素（ＡＤＨ）によりアセトアルデヒドが生成され、アセトアルデヒド脱水素酵素（ＡＬＤＨ）により酢酸が生成される。又、一般に肝臓でアルコールの代謝が行われると、血中酸素飽和度の低下に関係して、肝機能が低下し、乳酸の代謝が悪くなり、血中の乳酸濃度が上昇する。これらの物質は分子振動に基づく赤外吸収のあるものがあり、体の一部の赤外吸収を調べることで飲酒を検知することができる。

図３は、被験者に飲酒をさせ、ＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光光度計）により、飲酒前後における赤外吸光率のスペクトルをそれぞれ示しており、図４は、飲酒前後における赤外吸光率のスペクトルの差を示している。図４に示す飲酒前後の赤外吸光率の差によるスペクトル波形のピークからが、飲酒に特徴的な物質を同定可能な波長が決定される。図４に示される波数３３５０．３５ｃｍ^-1のピーク波長、波数３２１３．４１ｃｍ^-1のピーク波長、波数２９２６．０１ｃｍ^-1のピーク波長、波数１７１０．８６ｃｍ^-1のピーク波長、波数１６６２．６４ｃｍ^-1のピーク波長、波数１５８１．６３ｃｍ^-1のピーク波長、波数１５４２．４０ｃｍ^-1のピーク波長、波数１４１５．７５ｃｍ^-1のピーク波長、波数１３６３．６７ｃｍ^-1のピーク波長、波数１３１３．５２ｃｍ^-1のピーク波長、波数１２６１．４５ｃｍ^-1のピーク波長、波数１１２０．６４ｃｍ^-1のピーク波長、波数１０３９．６３ｃｍ^-1のピーク波長、波数８５２．５４ｃｍ^-1のピーク波長等が、血中アルコール、アセトアルデヒド等のアルコール代謝の中間生成物、乳酸等のアルコール代謝に関係して変化する物質に固有の波長であると推定できる。但し、図４に示した飲酒前後の赤外吸光率の差のスペクトル波形から、どのフィルタにどのピークの波長を割りあてるかは、任意に選択可能である。

又、図３から飲酒の前後で変化していない生体由来のスペクトラムピークもあることがわかるので、この波長を第１〜第６の干渉フィルタ２２ａ〜２２ｆの６つのフィルタの内のいずれかに割りあてておくことにより、人体でないものや手袋装着との区別に用いることが可能である。

更に、図２に例示したチョッパフィルタ７は、第１〜第６の干渉フィルタ２２ａ〜２２ｆの６つのフィルタを用いているが、フィルタの数は６つに限られず、７以上でも５以下でも構わない。但し、フィルタの数は１以上は必要なことは勿論である。但し、フィルタの数を複数とすれば、異なる波長間の信号強度（赤外吸光率）の比較により、データの信頼性を高めることが可能なので、フィルタの数は２以上が好ましい。

チョッパ駆動部６がチョッパフィルタ７を回転させ、測定部１は光源５から発光した光の内、選択した特定波長の光についてそれぞれ同期検出する。好ましくは、測定部１はチョッパフィルタ７の回転による同期信号を用いてロックイン増幅検出またはボックスカー積分を行えば良いが、低コスト化の観点からは、単純な同期検出でも構わない。但し、チョッパフィルタ７は第１〜第６の干渉フィルタ２２ａ〜２２ｆと共に、フィルタなしのリファレンス２１を有するので、このフィルタなしのリファレンス２１を透過した信号を一方の信号として差動ロックイン増幅を行っても良い。差動ロックイン増幅を行う場合は、リファレンス２１には波長特性のないニュートラルフィルタを用いて信号強度の調整をしてもよい。

被検者が上側窓材１１ａと下側窓材１１ｂの間に、人体の一部、例えば指を挿入すれば、光源５から発光された赤外光は、第１〜第６の干渉フィルタ２２ａ〜２２ｆが規定する特定波長に限定されて指を透過し、特定波長についての赤外分光吸光率が測定される。信号処理部２は、測定部１が出力するそれぞれの特定波長についての赤外分光吸光率のデータから雑音成分やバックグラウンド成分を除去する。算出された特定波長の赤外分光吸光率と情報記憶部８に記憶された対応する波長の飲酒前の赤外分光吸光率を判定部３が比較する。ここで、算出された被検者の赤外分光吸光率を「被検査情報」、情報記憶部８に記憶された飲酒前の指標となる赤外分光吸光率を「基準吸光率」とする。被検査情報と基準吸光率とを特定波長について比較することによって、判定部３が被験者の酒気帯び度を判定し、判定結果を表示部９に表示する。

そして、下側窓材１１ｂの表面には、透明電極が配置されている。透明電極は、本発明の実施の形態に係る飲酒検知装置１００の始動ボタン（電源投入ボタン）として用いられるものであるが、本発明の実施の形態に係る飲酒検知装置１００においては、下側窓材１１ｂが、赤外分光吸光率の測定の窓材として機能しているので、透明性が要求されている。透明電極の材料は、可視光に透明でかつ電気を通す材料であれば良く、例えば、錫（Ｓｎ）をドープした酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）膜（ＩＴＯ）、インジウム（Ｉｎ）をドープした酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜（ＩＺＯ）、ガリウム（Ｇａ）をドープした酸化亜鉛膜（ＧＺＯ）、酸化錫（ＳｎＯ₂）、耐酸性を付与するためにフッ素をドープした酸化亜鉛膜（ＦＴＯ）等の透明電極が使用可能である。そして、始動ボタン（電源投入ボタン）として指の接触による電気抵抗の変化を測定するため、透明電極は１対の櫛形電極を互いに交叉指状に（インターディジタルに）構成している。即ち、指が透明電極に触ると、１対の櫛形電極間の電気抵抗の変化が検知され、この電気抵抗の変化を検知して飲酒検知装置１００に通電が開始され、飲酒検知装置１００の動作が開始する。

次に、本発明の実施の形態に係る飲酒検知装置１００を用いた飲酒検知方法を移動体の飲酒操作防止（飲酒運転防止）を例に、図５のフローチャートを参照しながら説明する。

（ａ）ステップＳ１０１において、運転対象（移動体）に実装された飲酒検知装置１００に被検者の指が挿入される。図１に示した下側窓材１１ｂの表面の透明電極が電源投入ボタンとして機能しているので、飲酒検知装置１００に被検者の指の挿入と同時に、生体情報取得部４が先ず動作を開始する。即ち、飲酒検知装置１００に被検者の指が挿入すると、直ちに、ステップＳ１０２が開始され、被検者の生体情報（指紋情報）が被認証情報として生体情報取得部４により取得される。生体情報取得部４が取得した指紋情報は、図１の情報記憶部８に一時記憶される。

（ｂ）ステップＳ１０３において、認証部１０は、ステップＳ１０２で取得した被検者の指紋情報と予め登録している特定運転者の登録生体情報（登録指紋情報）と比較し、ステップＳ１０４において、ステップＳ１０３の比較の結果に基づいて、電源投入ボタンに接触した被検者が運転対象を操作するに当たって正当な権限を有する特定運転者かどうかの認証処理を行う。ステップＳ１０２で取得した指紋情報と予め登録している特定運転者の指紋情報が一致すれば、認証部１０は被検者が正規の特定運転者であると特定し、ステップＳ１０５に移る。一方、指紋情報が異なれば、被検者は特定運転者ではなく、飲酒検知装置１００が搭載された運転対象（移動体）を操作する権限のない者であると特定し、飲酒検知装置１００の動作を終了する。この場合、赤外光測定処理も行われない。

（ｃ）ステップＳ１０５において、光源５，チョッパ駆動部６及び測定部１等が動作を開始し、測定部１は、被検者の指を透過した赤外光の透過率（吸光率）をチョッパ駆動部６若しくはチョッパフィルタ７から同期信号を得て同期検出により測定する。測定値には、１回の測定で算出された値や、妥当性を向上させるため一定時間に数回の測定後、測定した値を用いて算出した平均値を採用することができる。測定回数や測定値を使用した測定結果の算出方法は、自動車の所有者によって予め設定することができる。信号処理部２は、測定部１が出力するそれぞれの特定波長についての赤外分光吸光率のデータから雑音成分やバックグラウンド成分を除去する。

（ｄ）ステップＳ１０６において、判定部３は、被検査情報である被検者の体の一部の赤外吸光率と基準吸光率（指標）とを比較し、ステップＳ１０７において、被検者の酒気帯び度を表示部９に表示する。

（ｅ）更に、ハンドルの一部に測定部１及び生体情報取得部４の生体への接触箇所を取り付けておけば、操作（運転）中においても一定の頻度で、生体情報取得部４が運転者の個人認証を行うことができる。なりすまし等が行われた場合は、自動車の操作（運転）をしている人物が、予め登録された特定運転者とは異なると判断され、警告が液晶ディスプレイ等である図１の表示部９に表示される。

本発明の実施の形態に係る飲酒検知装置１００によれば、飲酒の検知を行った特定運転者の被検査情報が、操作（運転）に適した状態かどうかを簡単且つ安価な装置で簡単に判定できる。特に、血中アルコール、アセトアルデヒド等のアルコール代謝の中間生成物、乳酸等のアルコール代謝に関係して変化する物質が分光器を用いずに小型且つ安価な装置で簡単に測定できる。また、第三者が偽装して被験者となり飲酒検知を行い、飲酒者であるが特定運転者が操作（運転）を行おうとしても、登録生体情報によって、第三者による特定運転者の飲酒運転幇助を抑止できる。加えて、飲酒の前後で変化しない生体由来のスペクトラムピークに対応する波長における赤外分光吸光率をも予め登録しておくことで、特定運転者による、生体以外の物質での偽装検知に対して防止することができる。

更に、本発明の実施の形態に係る飲酒検知装置１００は、短時間、非侵襲及び簡便に移動体の運転（操作）前及び操作中において、簡易な装置で被検査情報を測定できるとともに、生体情報取得部４と連動して動作させることにより、運転者でない第三者が特定運転者になりすまして飲酒検知を行うこと及び生体以外の物質を用いた飲酒検知を排除できる。この結果、不必要な作業の発生を防ぐことができる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、図１に示す情報記憶部８は飲酒検知装置が備えるとして説明したが、車両に搭載されているカーナビゲーションシステムが備えるＨＤＤ等の記録装置を利用してもよいことは勿論である。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明からは妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の実施の形態に係る飲酒検知装置の主要部の概略を説明する模式的なブロック図である。本発明の実施の形態に係る飲酒検知装置のチョッパフィルタの構造を説明する模式図である。本発明の実施の形態に係る飲酒検知装置用いる特定の波長を決定するために、予め測定した飲酒前後における赤外吸光率の変化を示すのグラフ図である。図３から求めた飲酒前後における赤外吸光率の差を示すグラフ図である。本発明の実施の形態に係る飲酒検知方法を示すフローチャート図である。

符号の説明

１…測定部
２…信号処理部
３…判定部
４…生体情報取得部
５…光源
６…チョッパ駆動部
７…チョッパフィルタ
８…情報記憶部
９…表示部
１０…認証部
１１ａ…上側窓材
１１ｂ…下側窓材
２０…回転軸
２１…リファレンス
２２ａ…第１の干渉フィルタ
２２ｂ…第２の干渉フィルタ
２２ｃ…第３の干渉フィルタ
２２ｄ…第４の干渉フィルタ
２２ｅ…第５の干渉フィルタ
２２ｆ…第６の干渉フィルタ
１００…飲酒検知装置

Claims

被検者の体の一部の赤外分光吸光率を、アルコール代謝に関係して前記被験者の血中での濃度が変化する乳酸に固有の波長を含む複数の特定の波長に関して選択的に測定し、被検査情報を取得する測定部と、
前記特定の波長において基準吸光率と前記被検査情報とを比較し、前記被検者の酒気帯び状態を判定する判定部
とを備えることを特徴とする飲酒検知装置。
前記特定の波長の光を選択的に透過させるバンドパスフィルタを、回転軸の周りに複数配置したチョッパフィルタを更に備え、前記バンドパスフィルタを透過した、互いに異なる波長の光により前記赤外分光吸光率を測定することを特徴とする請求項１に記載の飲酒検知装置。
前記被検査情報の取得と連動して動作し、前記被検者の生体情報を被認証情報として取得する生体情報取得部と、
登録生体情報と前記被認証情報とを比較し、前記被検者を特定運転者として個人認証する認証部
とを更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の飲酒検知装置。