JP2013255734A - 居眠り警告装置 - Google Patents

Abstract

【課題】心拍数を基に行なった入眠の判定と実際に瞬きまたは閉眼時間を利用して入眠の判定を選択的に行なってより安全運転に寄与する装置を提供する。
【解決手段】心拍数測定手段から得られる心拍数の時系列データを周波数解析してＨＦ、ＬＦ／ＨＦのパワースペクトルの時系列データを求め、ＨＦパワースペクトルの上昇に対してＬＦ／ＨＦのパワースペクトルの急激な上昇を検知したときに入眠直前を表す信号と、所定時間以上の瞬きの時間の積算値または閉眼時間が所定値以上に達したときに発生する信号の何れかの早く発生する方の信号の発生によって警告手段を発生させる。
【選択図】図９

Description

本発明は、被験者の心電または脈拍、目の動作等の生体または生理情報を用いて居眠りまたは居眠り運転等の居眠りを警告する居眠り警告装置に関する。

特許文献１は、車両を運転している時に居眠りを検出して警報を与える居眠り検出器に関し、遅い瞬きの発生回数ではなく、所定時間以上の瞬きの時間を一定時間毎に積算して得られた瞬き時間が閾値を超えた時に警報を発生するものである。

特開平６−２１９１８１号公報

特許文献１では、運転手の、所定時間以上の瞬きを積算して閾値を超えたときに警報を発生するものであるが、運転手には居眠りの直前に居眠りをしては事故を起こすという気持ちから眠ってはならないという気持ちと眠いという気持ちの葛藤状態が続き、その状態で運転するとすぐに居眠りに入る可能性も高く危険である。

本発明は、このような従来の構成が有していた問題を解決しようとするものであり、居眠り警告装置を提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１は、心拍数測定手段と、前記心拍数測定手段から得られる心拍数の時系列データを周波数解析してＨＦ、ＬＦ／ＨＦのパワースペクトルの時系列データを求める周波数解析手段と、ＨＦパワースペクトルの上昇に対してＬＦ／ＨＦのパワースペクトルの急激な上昇を検知したときに入眠直前を表す第１の信号と、所定時間以上の瞬きの時間の積算値が所定値以上に達したときに発生する第２の信号とを備え、第１の信号と第２の信号の何れか早い方の信号の発生によって警告手段を発生する居眠り警告装置を提供するものである。

請求項２は、心拍数測定手段と、前記心拍数測定手段から得られる心拍数の時系列データを周波数解析してＨＦ、ＬＦ／ＨＦのパワースペクトルの時系列データを求める周波数解析手段と、入眠直前を表すパワースペクトルＨＦの上昇に対してパワースペクトルＬＦ／ＨＦの急激な上昇を検知したときに発生する第１の信号と、所定率以上の閉眼率が所定時間以上が継続したときに発生する第３の信号とを備え、第１の信号と第３の信号の何れか早い方の信号の発生によって警告手段を発生する居眠り警告装置を提供するものである。

上述したように、本発明の居眠り警告装置は、入眠直前の居眠りに対して葛藤する信号と眠さのために所定時間以上の瞬き時間の積算値が所定値に達したときの信号の早い方の信号で入眠警告を行なうので居眠りを事前に防止する効果を有する。

また、上述したように、本発明の居眠り警告装置は、入眠直前の居眠りに対して葛藤する信号と眠さのために閉眼時間が所定時間に達した信号の早い方の信号で入眠警告を行なうので居眠りを事前に防止する効果を有する。

覚醒度判定の一例を示す第１のブロック図 心電検出可能な車両の心電検出ハンドル 心電検出可能な心電検出ベルト 心電検出部が検出する心電信号の一例を示す図 心電の周期と経過時間の関係を示す図 心電のＲ−Ｒ間隔の変動スペクトルを示す図 本発明の居眠り警告装置の瞬きまたは閉眼検出回路 本発明の居眠り警告装置の機能を示す第２のブロック図 本発明の居眠り警告装置の制御部のプログラムを示す第１のフローチャート 本発明の居眠り警告装置の機能を示す第３のブロック図 本発明の居眠り警告装置の制御部のプログラムを示す第２のフローチャート

図１は、運転手の車両の運転に対して運転手の覚醒度を基に居眠り警告を与える一例を示す第１のブロック図である。

１は覚醒度監視装置で、運転手の心電信号を計測する２で示す心電計測部で計測した運転手の心電間隔を時系列に記憶する、３で示す記憶部と、先に記憶した心電間隔の変動スペクトルを周波数分析する、４で示す分析部と、分析した前記変動スペクトルから求めた交感神経と副交換神経から得られた覚醒度を出力して、運転手の覚醒度が適切かどうかを判定する５で示す覚醒度判定部と、判定された覚醒度から運転手にそのままでよいのか、警告するかを行う６で示す警告部と、判定された覚醒度から運転手の送風、暖房、冷房、空調等の環境変化を与える７で示す環境制御部とからなる。

心電計測部２は、被験者の心電信号を検出する手段であり、例えば、被験者に接触している電極に対して電圧を付加し、各電極の電位差から被験者の心電信号を検出する。例えば、図２は、特開２００１−２３８８５８号に示された図であるが、図示のように自動車のハンドルに心電を検出可能な電極を設けた心電検出ハンドル１０を握る運転手の心電を測定可能である。また、図３は、当出願人の出願による特開２０１２−４５１９５号公報に示された図面であり、不図示の心電を検出可能な電極を設けた心電検出ベルト１１を運転手の裸体で胸の部分に巻き、前記電極から心電を検出する。

図４は、心電を計測する不図示の心電計測部２が検出する心電信号の例を示す。

Ｒ−Ｒ間隔は、心電の一周期中の最も鋭いピークであるＲ波とＲ波の間隔を言い、心電計測部２で検出される。心電としてはＲ波以外、図示したようにＰ、Ｒ、Ｑ、Ｓ、Ｔ、Ｕと名称が付けられているが、本発明では自律神経の観点からＲ波について説明する。

図５は、図４で測定された心拍のＲ−Ｒ間隔の時系列を一例と示し、横軸は経過時間、縦軸はＲ−Ｒ間隔の時間を表し、図６は、図５の時系列を周波数分析したパワースペクトルを示す。

心拍の周期は５００ｍｓから１０００ｍｓの間にあり、これを周波数スペクトル分析すると、０．３Ｈｚ前後のＲＳＡ（呼吸性変動）が副交感神経の活動状態を示し、０．１Ｈｚ前後のＭＷＳＡ（血圧性変動）が交感神経と副交感神経の両方の活動状態を示している。特許２５０５７０２号公報では、血圧変動成分ＭＷＳＡを呼吸性変動成分ＲＳＡで除算することにより、交感神経の活動度を推定し、これを覚醒度とする。あるいは交感神経の活動度と副交感神経の活動度の差分を演算して覚醒度としている。

したがって、心拍の変動は、呼吸変動や血圧変動と一定の関係をもっており、心拍のＲ−Ｒ間隔のゆらぎのパワースペクトルを解析することにより、交感神経と副交感神経の緊張度を知ることができる。一般に、交感神経は身体の活動力を高め、副交感神経は身体の疲労を回復させるように働く。したがって交感神経と副交感神経の活動状態を知ることにより、身体の覚醒度を知ることが出来る。

覚醒度の判定は上述の交感神経、副交感神経のバランスから行なうもの以外に、特許４２４０１１８号公報では、運転者の顔画像を取得し、運転者の顔向き角度に基づいて覚醒度を判定することが提案されている。

特許３１２７７６０号公報で示された従来の技術では、まばたきパラメータ（閉眼時間、閉眼頻度、閉眼間隔等）を平常時の値からどの程度変化したかを判断して覚醒度を推定し、居眠り状態を検出する技術が示されている。

また特許２９１７７５４号では、従来の技術として、覚醒度の低い状態になると、運転者のハンドル操作が減少して雑になり微小な操舵修正が行なわれなくなる傾向があり、所定の検出角度に対するハンドル操舵角の逸脱頻度を検出して正常運転時に期待される頻度と比較することで正常な覚醒度で運転しているかどうかを判別する例が示されている。また覚醒時に比べると皮膚電位が低下する例も示されている。

また、特開２０１０−２０４９８４号公報では、運転手の欠伸、ため息、深呼吸を撮像して覚醒度低下の初期状況であることを検出する例が示されている。

さらに特許３７６３６６８号公報では、単調運転状態判定手段により単調運転状態にあることを検知すると、ゆらぎ間隔で運転者にとって不快感なく適切なタイミングで香りを発生させて運転者の覚醒度を維持し、覚醒度が低下した時は、ゆらぎ間隔よりも短い一定間隔で単調運転時とは異なるパターンでより強い刺激を与える状態で香りを発生させて運転者の覚醒度を回復させることが述べられている。

図７は、本発明の居眠り警告装置の瞬きまたは閉眼検出回路を示す。

１２は発光ダイオードであり、この発光ダイオード１２からの出力光１３が居眠りを催す人間の眼球１４において反射し、その反射光１５がフォトダイオード１６に送られるようになっている。

このフォトダイオード１６では反射光１５を電気信号に変換して増幅器１７に送ってコンパレータ１８に送る。

この場合、ドライバーが覚醒状態にあり眼球１４が瞬きしない状態にあるときには、眼球１４からの反射光１５のレベルは低く、居眠り状態にあるときには眼球１４は目蓋が閉じるので、その反射光１５のレベルは高くなる。これは、眼球１４より目蓋の方が発光ダイオード１２による出力光１３により近いためである。

コンパレータ１８では閾値電圧Ｖを与える電源１９によってデジタル出力信号を発生し、制御部２０に送る。

図８は、本発明の居眠り警告装置の機能を示す第２のブロック図を示す。

制御部２０に対して心拍相当情報部２１、瞬き時間積算情報部２２が入力側に、車両駆動ＯＫ表示部２６、運転警告表示部２７が出力側に接続されている。早い瞬き（閉眼時間の短い瞬き）は除外し、所定時間ｔ以上の時間幅を有する遅い瞬き（閉眼時間の長い瞬き）のみを検出すると共にこの遅い瞬き時間を瞬き時間積算部２２に記憶しておき、この算出した時間が所定の時間に達したときに信号を出力する。

図９は、第2のブロック図に対応するフローチャートで制御部２０のプログラムを示す。

Ｓ１で心拍数測定手段から得られる心拍数の時系列データを周波数解析してＨＦ、ＬＦ
／ＨＦのパワースペクトルの時系列データを取得し、Ｓ２でＬＦ／ＨＦのパワースペクトルが急に上昇する、すなわち単位時間当たりの振幅が予め定めた値Ｐ以上になった時点、すなわち運転手は眠ってはいけないというような居眠りに対する葛藤が始まったときに信号を出力し、スタートからＴ１時間で出力したとする。

Ｓ３で所定時間以上の「瞬き」の時間を取得し、その合計がＡ以上の値なった時間をスタートからＴ２時間とする。

Ｔ１時間、Ｔ２時間の早い方の時間で居眠り警告信号を発生する。すなわち、所定時間以上の「瞬き」時間の総和か、葛藤が始まる時間かどちらか早いほうのタイミングで居眠り警告信号を発生して安全を確保する。

制御部２０に対して心拍相当情報部２１、閉眼時間積算情報部２３が入力側に、車両駆動ＯＫ表示部２６、運転警告表示部２７が出力側に接続されている。

図１０は、本発明の居眠り警告装置の機能を示す第３のブロック図を示す。

制御部２０に対して心拍相当情報部２１、閉眼時間情報部２３が入力側に接続され、車両駆動ＯＫ表示部２６、運転警告表示部２７が出力側に接続されている。

図１１は、第３のブロック図に対応するフローチャートで制御部２０のプログラムを示す。

Ｓ１，Ｓ２は、図９と同一であり、Ｓ７で閉眼時間を取得しその閉眼時間は予め定めたＢ時間以上になったときをＴ３とする。

Ｔ１時間、Ｔ３時間の早い方の時間で居眠り警告信号を発生する。すなわち、所定時間以上の閉眼時間か、葛藤が始まる時間かどちらか早いほうのタイミングで居眠り警告信号を発生して安全を確保する。

１ 覚醒度監視装置
２ 心電計測部
３ 記憶部
４ 分析部
５ 覚醒度判定部
６ 警告部
７ 環境整備部
１０ ハンドル
１１ 心電ベルト
１２ 発光ダイオード
１３ 出力光
１４ 眼球
１５ 反射光
１６ フォトダイオード
１７ 増幅器
１８ コンパレータ
１９ 電源
２０ 制御部
２１ 心拍相当情報部
２２ 瞬き時間積算情報部
２３ 閉眼時間情報部
２６ 駆動ＯＫ表示部
２７ 運転警告表示部

Claims (2)

1. 心拍数測定手段と、前記心拍数測定手段から得られる心拍数の時系列データを周波数解析してＨＦ、ＬＦ／ＨＦのパワースペクトルの時系列データを求める周波数解析手段と、ＨＦパワースペクトルの上昇に対してＬＦ／ＨＦのパワースペクトルの急激な上昇を検知したときに入眠直前を表す第１の信号と、所定時間以上の瞬きの時間の積算値が所定値以上に達したときに発生する第２の信号とを備え、第１の信号と第２の信号の何れか早い方の信号の発生によって警告手段を発生する居眠り警告装置。
2. 心拍数測定手段と、前記心拍数測定手段から得られる心拍数の時系列データを周波数解析してＨＦ、ＬＦ／ＨＦのパワースペクトルの時系列データを求める周波数解析手段と、入眠直前を表すパワースペクトルＨＦの上昇に対してパワースペクトルＬＦ／ＨＦの急激な上昇を検知したときに発生する第１の信号と、所定率以上の閉眼率が所定時間以上継続したときに発生する第３の信号とを備え、第１の信号と第３の信号の何れか早い方の信号の発生によって警告手段を発生する居眠り警告装置。