JP2018194292A - 環境制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】視覚刺激、聴覚刺激、嗅覚刺激のいずれも用いることなく利用者の集中度を維持または向上させることを可能にする。
【解決手段】環境制御システムは、環境形成装置（１０）と制御装置（２０）とを備える。環境形成装置（１０）は、作業空間における気流の形成と作業空間に対する換気との少なくとも一方を行う。制御装置（２０）は、環境形成装置（１０）の動作を制御する。また、制御装置（２０）は、作業空間に存在する利用者の意識集中の程度である集中度を維持または向上させるように環境形成装置（１０）の動作を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に環境制御システムに関し、より詳細には作業空間における利用者の作業効率に影響する環境要素を制御する環境制御システムに関する。

一般的に、学習空間あるいは執務空間のような作業空間において作業を行う利用者の作業効率は、意識集中の程度（以下、「集中度」という）の影響を受ける。また、利用者の集中度は、様々な環境要素によって変化する。そのため、利用者の集中度に影響を与える環境要素を制御する技術が提案されている（たとえば、日本国特許出願公開番号２００９−５９６７７（以下、文献１と称する）および日本国特許出願公開番号２００３−２４５３５６（以下、文献２と称する）を参照）。文献１、および文献２に記載された技術は、いずれも利用者の存在する作業空間における環境要素のうちの照明環境を制御している。

文献１に記載された技術は、覚醒水準を高めて作業効率を向上させるために、白色光での照明に単波長光を付加している。文献１では、この構成を採用することにより、点灯エネルギーを過大にすることなく作業効率を向上させることを可能にしている。

一方、文献２には、昼食後の時間帯の照度を通常照度より高く設定し、その他の時間帯の照度を通常照度より低く設定する技術が記載されている。この構成により、文献２は、昼食後の時間帯における作業効率の向上を図ることができ、かつ総エネルギー消費量を抑制することが可能になっている。

ところで、利用者の作業効率を高めるために、文献１では照明光に含まれる波長成分に着目し、文献２では照明光の強度に着目しているから、色調の変化や明るさの変化によって利用者にとって違和感が生じる可能性がある。また、違和感が生じない程度の視覚刺激では、作業効率を十分に高めることができない可能性がある。

また、利用者の集中度を向上させるために、嗅覚刺激あるいは聴覚刺激を利用する技術も知られているが、嗅覚刺激に対する応答は個人差が大きく、聴覚刺激を与える技術は、騒音を生じる場合があり、またコミュニケーションを妨げる可能性もある。

そこで、本発明の目的は、視覚刺激、聴覚刺激、嗅覚刺激のいずれも用いることなく利用者の集中度を維持または向上させることを可能にした環境制御システムを提供することにある。

本発明の一形態に係る環境制御システムは、作業空間に存在する利用者の特定部位に風を当てるように気流を形成する環境形成装置と、前記環境形成装置の動作を制御する制御装置と、を備え、前記環境形成装置は、前記特定部位を変化させることが可能であり、前記制御装置は、前記利用者の意識集中の程度である集中度を維持または向上させるように前記環境形成装置からの風が当たる前記特定部位に応じて風速または風の温度を制御することを特徴とする。

本発明の一形態に係る制御装置は、上述した環境制御システムに用いられることを特徴とする。

本発明の一形態に係るプログラムは、コンピュータを、上述したいずれかの環境制御システムに用いる前記制御装置として機能させるためのものである。または、当該一形態は、プログラムに限らず、当該プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であってもよい。

本発明の一形態によれば、作業空間における気流の形成と作業空間に対する換気との少なくとも一方を行う環境形成装置を用い、利用者の集中度を維持または向上させるように、環境形成装置を制御する構成を採用している。したがって、視覚刺激、聴覚刺激、嗅覚刺激のいずれも用いることなく利用者の集中度を維持または向上させることが可能になる。

本発明の好ましい実施形態をさらに詳細に記述する。本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な記述および添付図面に関連して一層良く理解されるものである。
実施形態を示すブロック図である。 実施形態を示す概略構成図である。 実施形態において集中度を定量化するための計測例を示す図である。 実施形態の効果の例を示す図である。 実施形態の他の構成例を示すブロック図である。 実施形態の動作例を示す図である。 実施形態の効果の例を示す図である。

以下に説明する本実施形態では「集中度」という用語を用いる。なお、集中度を定量化して扱う場合は、たとえば、以下に説明する集中時間比率を指標に用いることが可能である。集中時間比率は、人が知的作業を行った場合に、作業時間に対して集中の状態であった時間の比率を意味する。

集中時間比率の概念は、人が知的作業を実施している期間において、認知資源を作業の対象に割り当てている状態と、認知資源を作業の対象に割り当てていない状態とを含むモデルに基づいている。このモデルにおいて、認知資源を対象に割り当てて作業が進行している状態を「作業状態」とし、認知資源を対象に割り当てず長期間にわたって休息をとっている状態を「長期休息」と呼ぶ。また、認知資源を対象に割り当てているが無意識に作業の処理が短時間停止している状態を「短期休息」と呼ぶ。「短期休息」の状態は、「作業状態」である期間に、一定の確率で生理的に発生することが知られている。

「作業状態」と「短期休息」とは、認知資源を対象に割り当てている状態であるから、集中の状態とみなされ、「長期休息」は、認知資源を対象に割り当てていない状態であるから、非集中の状態とみなされる。したがって、「作業状態」と「短期休息」と「長期休息」との３状態、あるいは「作業状態」および「短期休息」と「長期休息」との２状態を分離すると、集中度を定量化できることがわかる。

ここでは、集中度をリアルタイムで計測する技術ではなく、所定期間のうちで集中の状態であった期間を求める技術について説明する。この場合、たとえば、集中度を計測する被験者に対して、難易度のばらつきが少ない多数の問題を提示し、被験者が問題の回答に要した時間（回答時間）を全問について計測する。次に、図３に示すように、回答時間の区分ごとに度数を求めてヒストグラムを生成する。上述したモデルを採用した場合、このヒストグラムは、集中の状態と非集中の状態とを重ね合わせた結果を表していると推定される。

適切な問題を与えた場合、このヒストグラムは２つ以上のピークを持つ形状になるという実験結果が得られている。すなわち、ヒストグラムには２個以上の山形領域が生じることになる。回答時間が最短であるピークを含む山形領域は、「作業状態」と「短期休息」とを混合した状態を表し、他のピークを含む山形領域は、「作業状態」と「短期休息」と「長期休息」とを混合した状態を表していると解釈される。これは、集中している状態であっても、問題の難易度のばらつきによっては、回答時間が長くなる可能性があるからである。

ここで、問題の難易度が一定である理想的な状態を想定すると、ヒストグラムに現れる山形領域は、回答時間ｔの関数として、対数正規分布の確率密度関数ｆ（ｔ）で近似できると推定される。ただし、現実的には問題の難易度のばらつきを完全に排除することはできない。そこで、２つの山形領域のうち回答時間が最短である山形領域について、ピークよりも回答時間の短い部位とピーク付近の部位のみが対数正規分布の確率密度関数ｆ（ｘ）に合致すると解釈する。そして、この部位を近似するように確率密度関数ｆ（ｘ）のパラメータ（期待値と分散）を決定する。

確率密度関数ｆ（ｘ）のパラメータが決定されると、回答時間の期待値を求めることが可能になる。求めた期待値に全問題数を乗じた結果は、被験者が問題に着手してから終了するまでの総時間（総回答時間）のうち、集中の状態であった時間と解釈することができる。また、総回答時間から、集中の状態であった時間を減算した時間を、非集中の状態であった時間と解釈することができる。そこで、総回答時間に対する集中の状態であった時間の時間比を集中時間比率とし、この集中時間比率が大きいほど集中度が高いと判断する。

上述した集中時間比率は、集中度の指標の一例であり、集中度は後述する他の指標を用いて定量化することが可能である。とくに、集中時間比率を求めるには、被験者に多数の問題を与えて回答させるという作業が必要であり、作業中に集中度の指標を得ることが困難である。そのため、集中度に応じて環境形成装置１０（図１参照）を制御するには、集中時間比率と等価な集中度の指標を他の技術で計測することが必要である。

ところで、被験者に比較的長い時間（たとえば、３時間）にわたって問題を与え続けた場合、作業環境に変化を与えなければ、比較的短い期間（たとえば、１〜１０分）ごとに得られる集中度は、図４に示す特性Ｃ１のように変動するという知見が得られている。つまり、知的作業が比較的長い時間にわたって継続する場合、集中度は、２０〜４０分の期間ごとに増減を繰り返すように変動する。要するに、継続して知的作業を行うと、集中度は、時間の経過に伴って、高い状態から低下し、その後、回復して上昇し、再び低下するというように、増減を繰り返す特性を有している。なお、集中度が変動する期間には、個人差があるが、おおよその一般的な特性は把握することは可能である。上述のような時間の経過に伴う集中度の変動に着目すると、知的作業の作業効率を高めるには、集中度の低下を抑制すればよいと言える。

ところで、作業空間における利用者の集中度は、環境要素によって変化することが知られている。作業効率を高めるために、視覚刺激、聴覚刺激、嗅覚刺激などを与える環境要素（たとえば、照明、音楽、芳香など）を変化させる技術が提案されているが、いずれも環境要素が変化すると作業の妨げになる可能性がある。そこで、本実施形態は、作業空間における利用者の集中度を維持あるいは向上させるために、作業空間における空気環境を変化させる構成を採用している。

空気環境は、空気中の物質（物理的、化学的、生物学的）の濃度のほか、温度、相対湿度、気流の速度を含む。空気中の物理的物質は、塵埃、黄砂、微粒子状物質（ＰＭ１０、ＰＭ２．５など）などが知られている。また、空気中の化学的物質は、一酸化炭素、二酸化炭素、アルデヒド類（とくに、ホルムアルデヒド）、ＶＯＣ（Volatile Organic Compounds）などが知られている。空気中の生物学的物質は、カビ、ウィルス、花粉などが知られている。

したがって、空気環境を変化させるには、作業空間の換気、作業空間における気流の形成、作業空間の温度あるいは湿度の調節、空気中の物質の除去などが考えられる。気流の形成、温度あるいは湿度の調節は、利用者の快適性にも影響を与える。本実施形態では、図２に示すように、利用者Ｕｓが存在する作業空間Ｅｓが室内である場合を想定する。また、環境形成装置１０は、作業空間Ｅｓの空気を排出することによって作業空間に外気を取り入れる換気扇１１と、作業空間Ｅｓの内部で気流を形成する扇風機あるいはサーキュレータのような送風機１２との両方を用いる場合を想定する。もちろん、環境形成装置１０は、換気扇１１と送風機１２との一方のみであってもよく、また、空調装置、空気清浄機のような他の環境形成装置１０を用いることが可能である。空調装置を環境形成装置１０として用いる場合については後述する。

換気扇１１は、外部空間から作業空間Ｅｓに空気を吸気すると同時に、作業空間Ｅｓから外部空間へ空気を排気し、吸気と排気とを行う間に熱交換を行うようにした構成であってもよい。さらに、換気に用いる換気装置は、機械換気を行う換気扇１１のほか、自然換気を行う窓のような開口部でもよい。これらの環境形成装置１０は、単独で使用されるか組み合わせて使用される。

図１に示すように、環境形成装置１０の動作は制御装置２０が制御する。上述したように、知的作業を行っている期間において時間の経過に伴って集中度が変動するから、制御装置２０は、集中度が低下するタイミングに合わせて、集中度を維持あるいは向上させる空気環境が形成されるように、環境形成装置１０を動作させる。集中度が低下するタイミングは、計測装置３０を用いて監視した利用者の集中度に基づいて判断する。

制御装置２０は、プログラムに従って動作するプロセッサを備えるデバイスを主なハードウェア要素として備える。この種のデバイスは、メモリを一体に備えるマイクロコントローラ（microcontroller）、あるいはメモリを別に設けるマイクロプロセッサなどが用いられる。すなわち、制御装置２０は、コンピュータを用いて構成される。プログラムは、このコンピュータを、以下に説明する制御装置２０として機能させるために用いられる。このプログラムは、ＲＯＭ（Read Only Memory）にあらかじめ記憶させておくほか、コンピュータで読取可能な記録媒体で提供されるか、インターネットのような電気通信網を通して提供される。

制御装置２０は、計測装置３０から集中度に関する情報を取得する取得部２２を備え、取得部２２を通して取得した情報に基づいて処理部２１が集中度を評価することにより、環境形成装置１０の動作を決定する。制御装置２０は、環境形成装置１０の動作を指示する指示部２３を備え、処理部２１が決定した動作に従って環境形成装置１０に動作内容を指示する。

処理部２１は、取得部２２が計測装置３０から取得した情報を用いて利用者の集中度を評価し、集中度が極大である状態から所定の閾値だけ低下したタイミングで、空気環境を変化させるように環境形成装置１０を動作させる。また、処理部２１は、空気環境を変化させるように環境形成装置１０を動作させるタイミングとして、集中度が所定の基準値まで低下した時点を採用することが可能である。あるいはまた、処理部２１は、集中度が低下する際の変化率を算出し、算出した変化率を所定範囲と比較することにより、空気環境を変化させるように環境形成装置１０を動作させるタイミングとして、集中度の低下が急激になった時点を採用してもよい。

計測装置３０は、利用者に非侵襲（non-invasive）で集中度を監視し、かつ集中度の変化を比較的短い時間間隔（たとえば、１〜１０分）で検出する必要がある。計測装置３０は、非侵襲であるだけではなく非接触であることが望ましいが、ヘッドバンドやリストバンドのように利用者に接触する構成を含んでいてもよい。

計測装置３０としては、たとえば、利用者を撮像するカメラが用いられる。取得部２２は、カメラで撮像した利用者の画像を用いて、体動、姿勢、瞳孔径、まばたきの頻度などの情報を取得し、処理部２１は、これらの情報を単独または組み合わせて用いることにより、集中度の評価値を求める。ここに、処理部２１は、これらの情報と上述した集中時間比率との関係を対応付けてルックアップテーブル（記憶部２４）に登録するように構成される。処理部２１は、集中度を評価する際には、取得部２２から得た情報をルックアップテーブルと照合して集中時間比率に変換することにより集中度を定量化する。

なお、上述のように、カメラで撮像した画像から得られる情報を集中時間比率に変換する技術は、集中度を定量化する技術の一例であって、計測装置３０は、集中度の目安となる情報であれば他の情報を監視する構成であってもよい。たとえば、計測装置３０は、利用者の特定部位における皮膚温度の変化をサーモグラフで検出する構成、脳波あるいは脳波以外の生体電流を検出する構成であってもよい。

処理部２１は、評価した集中度に応じて、環境形成装置１０の制御内容を、たとえば以下のように決定する。環境形成装置１０として送風機１２を用いる場合であって、処理部２１が集中度の維持あるいは向上を図るタイミングになったと判断したとき、処理部２１は、利用者に送る気流の速度を高めるように送風機１２を動作させる。つまり、処理部２１は、当該タイミングの前に送風機１２が停止していれば送風機１２の運転を開始させ、当該タイミングの前に送風機１２が運転していれば送風機１２からの風量を増加させる。利用者の集中度が低下する場合、覚醒度も低下することが多い。これに対して、送風機１２から利用者に送る気流の速度を高めると利用者に適切な感覚刺激が与えられ、覚醒度の維持あるいは向上が図られ、結果的に集中度の維持あるいは向上が期待できる。

環境形成装置１０として換気扇１１を用いる場合であって、処理部２１が集中度の維持あるいは向上を図るタイミングになったと判断したとき、処理部２１は、作業空間に外部の空気を取り込むように換気扇１１を動作させる。つまり、送風機１２の場合と同様に、処理部２１は、当該タイミングの前に換気扇１１が停止していれば換気扇１１の運転を開始させ、当該タイミングの前に換気扇１１が運転していれば換気扇１１の換気能力を増加させる。

ここにおいて、作業空間の空気環境よりも外部の空気環境のほうが良好である場合、作業空間の空気を換気することによって、二酸化炭素濃度、気温、相対湿度などの空気環境が改善される。すなわち、換気によって、作業空間における利用者に感覚刺激が与えられるだけではなく、生理作用がもたらされる。その結果、作業空間における利用者の覚醒度を維持あるいは向上させ、結果的に、集中度の維持あるいは向上が期待できる。

上述のように計測装置３０により監視した集中度の変化に基づいて、環境形成装置１０を制御した場合、図４に特性Ｃ２で示すように、集中度の低下を抑制することが可能になった。すなわち、環境形成装置１０の動作により集中度が維持ないし向上されることによって、比較的長い時間にわたって利用者の集中度が大きく低下することが防止された。このように集中度の低下が抑制される結果、作業効率の向上が期待できる。

上述した動作例では、環境形成装置１０は、集中度の維持または向上を図るタイミングにおいて、運転状態を変化させることが指示されるが、空気環境に対する目標値は定められていない。これに対して空気環境に関する目標値を定めて環境形成装置１０を動作させるようにしてもよい。この場合、空気環境のうち空気中の物質の濃度を計測するセンサ４０（図１参照）が設けられる。また、処理部２１は、センサ４０が計測する物質の濃度に対する目標値があらかじめ定められ、取得部２２を通して取得した物質の濃度を目標値と比較することによって、環境形成装置１０の動作を制御する。

空気中の物質の濃度は、空気質と呼ばれ、空気質には、二酸化炭素濃度、酸素濃度、相対湿度（水蒸気濃度）、臭気成分（揮発成分：アルデヒド類、ＶＯＣなども含む）、塵埃などの各種の環境要素が含まれる。センサ４０は、空気質に含まれる環境要素のうちで着目する環境要素を計測し、処理部２１は、センサ４０が計測した環境要素の濃度に対する目標値を用いて環境形成装置１０の動作を制御する。目標値は、利用者の集中度が低下するか上昇する値を実測値に基づいて統計的に定めればよい。

ここでは、処理部２１は、集中度を維持または向上させるように環境形成装置１０を動作させている期間に、センサ４０で計測している環境要素が目標値に達すると、環境形成装置１０の動作を元の状態に復帰させるように構成される。たとえば、着目する環境要素を二酸化炭素の濃度とする場合、目標値は４００ｐｐｍなどに設定される。

この場合、集中度を維持または向上させるために、作業空間への外部の空気の導入量を増加させるように換気扇１１を動作させている間に、二酸化炭素の濃度が４００ｐｐｍまで低下すると、換気扇１１を元の動作に復帰させるという動作になる。

上述した動作例において、利用者の集中度を計測装置３０により計測しているが、計測装置３０を用いる代わりに、図５に示すように、制御装置２０に時計部２５を設けた構成を採用してもよい。すなわち、集中度の増減には周期性があるから、集中度の増減の周期があらかじめ求められていれば、処理部２１は、時計部２５を用いて当該周期ごとに、利用者の集中度が維持または向上するように環境形成装置１０の動作を制御することが可能である。

集中度の増減の周期には個人差があるが、利用者の属性（年齢、性別、性格など）に応じて複数種類に分類しておき、分類ごとに集中度の増減の周期を統計的に求めておけば、環境形成装置１０の制御に用いることが可能である。すなわち、処理部２１は、利用者の属性に応じて、集中度を維持または向上させるように環境形成装置１０を時計部２５が計時する時間に従って動作させることが可能になる。なお、時間の計時を開始する時点は、利用者が知的作業を開始する時点に合わせる必要があるから、スイッチなどを用いて、時計部２５による計時開始を指示する必要がある。

制御装置２０が計測装置３０を用いずに環境形成装置１０を制御する構成例についてさらに詳しく説明する。環境形成装置１０は送風機１２であり、送風機１２は、利用者に風を当てる気流を形成するように配置される。つまり、送風機１２は気流形成装置として機能する。制御装置２０は、送風機１２が運転と停止とを繰り返すように制御する。送風機１２に関して制御装置２０が制御可能なパラメータは、利用者に当てる風の最大速度と、送風機１２が気流を形成する運転時間と、送風機１２が停止する停止時間とを含む。さらに、制御装置２０が送風機１２に関して制御可能なパラメータは、送風機１２の１回目の運転開始のタイミング、送風機１２が利用者に風を当てる部位などを含んでいてもよい。

これらのパラメータは、制御装置２０が備える記憶部２４にあらかじめ登録される。利用者が作業を開始する時点で、スイッチあるいはリモコン装置などを操作すれば、その後、制御装置２０は、送風機１２の動作をパラメータに従って制御する。

ところで、本実施形態は、知的作業を行う利用者の集中度の変化に対処する代表的な３種類のアプローチに着目している。ここでは、集中度の変化に対処するアプローチを、リフレッシュと、覚醒度の低下防止と、作業リズムの調整との３種類だけを想定する。送風機１２の動作を制御するパラメータは、集中度の変化に対処するアプローチごとに設定される。以下、リフレッシュのために送風機１２が生成する気流を「リフレッシュ気流」、覚醒度の低下に対処して送風機１２が生成する気流を「覚醒刺激気流」、作業リズムの乱れを抑制する気流を「リズム気流」と呼ぶ。

リフレッシュ気流は、利用者の頭部付近に後方から風を当てるように生成される。作業の開始から１０〜１５分が経過するまでは集中度は維持されているとみなされる。制御装置２０は、作業開始後に１０〜１５分が経過した後からリフレッシュ気流の制御を行う。すなわち、作業の開始から１０〜１５分が経過した時点がリフレッシュ気流のために送風機１２の制御を開始する時刻に定められ、制御を開始する時刻の後には、集中度の低下が見込まれるタイミングでリフレッシュ気流が生成される。

リフレッシュ気流は、送風機１２を運転させる運転時間が数秒間〜数十秒間の範囲で定められ、停止時間が２〜１０分間の範囲で選択される。さらに、利用者に当たる風の最大速度は、０．４〜０．７ｍ／ｓが望ましい。運転時間と停止時間とは、集中度低下の程度に応じて調節することが望ましい。

たとえば、制御を開始してからの経過時間が比較的短く集中度が維持されている期間には、運転時間が短く設定されるか（たとえば、数秒間〜十数秒間）、停止時間が長く設定されるか（たとえば、５分間を超える）、あるいは運転時間が短くかつ停止時間が長く設定される。一方、制御を開始してからの経過時間が比較的長く集中度の低下が大きい期間には、運転時間が長く設定されるか（たとえば、十秒間〜数十秒間）、停止時間が短く設定されるか（たとえば、５分間以下）、あるいは運転時間が長くかつ停止時間が短く設定される。なお、制御装置２０は、リフレッシュ気流を一定周期で生成するように定めることが可能である。また、制御装置２０は、停止時間と運転時間との少なくとも一方を一定時間に定めることが可能である。

利用者に当てるリフレッシュ気流の風速は、１回の運転時間において、時間経過に伴って変化させることが可能であり、また一定であってもよい。さらに、集中度の低下が小さい期間には、風速が小さく設定され、集中度の低下が大きい期間には、風速が大きく設定されてもよい。すなわち、集中度の低下が小さい段階ではリフレッシュ気流による利用者への刺激量を少なくし、集中度の低下が大きくなるほどリフレッシュ気流による利用者への刺激量を多くすることが望ましい。

リフレッシュ気流は、室内温度、室内湿度、外気温度、外気湿度、天候、季節などの環境要素に応じて、風速、運転時間、停止時間などのパラメータを変化させてもよい。たとえば、夏季であって室内温度が高い場合は、リフレッシュ気流の風速が大きく設定されるか、運転時間が長く設定されるか、停止時間が短く設定されるか、あるいは、風速と運転時間と停止時間とから選択される２種類または３種類が組み合わせて設定される。一方、春季あるいは秋季であって室内温度が中庸である場合、リフレッシュ気流の風速、運転時間、停止時間から選択される１乃至３個のパラメータの値は、可変範囲の中程度に設定されることが望ましい。

上述した例では、制御装置２０は、リフレッシュ気流の風速、運転時間、停止時間から選択されるパラメータのみを制御しているが、利用者に風を当てる部位を制御することが可能であり、また、送風機１２から利用者に当てる風の温度を制御してもよい。つまり、利用者に風を当てる部位の変更が可能な送風機１２を用いる場合、１回の運転時間において、利用者の頭部付近だけではなく、利用者の背中、腕などにも風を当てるように風を当てる部位を変化させることが可能である。利用者への気流の温度を調節できる場合、室内温度が高い時季には温度を下げた風を利用者に当てることが望ましい。なお、リフレッシュ気流は、送風機１２から利用者に当てる気流の温度を周囲よりも高くすることはない。

次に、覚醒度の低下に対する覚醒刺激気流について説明する。覚醒刺激気流は、利用者の頭部付近あるいは顔付近に風を当てるように生成される。覚醒度の低下も作業の開始から１０〜１５分が経過するまでは作業に対する影響は少ないとみなせる。したがって、制御装置２０は、作業開始後に１０〜１５分が経過した後から覚醒刺激気流の制御を行う。すなわち、作業の開始から１０〜１５分が経過した時点が覚醒刺激気流のために送風機１２の制御を開始する時刻に定められ、制御を開始する時刻の後に、覚醒度の低下によって集中度の低下が見込まれるタイミングで覚醒刺激気流が生成される。リフレッシュ気流と覚醒刺激気流との制御を開始するタイミングは時間差が少ない（たとえば、５分以内）。したがって、制御装置２０は、リフレッシュ気流と覚醒刺激気流との制御を同じタイミングで開始してもよい。

覚醒刺激気流は、送風機１２を運転させる運転時間が数秒〜十秒間程度に定められ、停止時間が２〜１０分間の範囲で選択される。さらに、利用者に当たる風の最大速度は、１．５〜３ｍ／ｓが望ましい。運転時間と停止時間とは、覚醒度に応じて調節することが望ましい。

たとえば、制御を開始してからの経過時間が比較的短く覚醒度の低下が小さい期間は、運転時間が短く設定されるか（たとえば、数秒間）、停止時間が長く設定されるか（たとえば、５分間以上）、あるいは運転時間が短くかつ停止時間が長く設定される。一方、制御を開始してからの経過時間が比較的長く覚醒度の低下が大きい期間は、運転時間が長く設定されるか（たとえば、十秒間程度）、停止時間が短く設定されるか（たとえば、５分間以下）、あるいは運転時間が長くかつ停止時間が短く設定される。なお、制御装置２０は、覚醒刺激気流を一定周期で生成するように定めることが可能である。また、制御装置２０は、停止時間と運転時間との少なくとも一方を一定時間に定めることが可能である。

利用者に当てる覚醒刺激気流の風速は、１回の運転時間において、時間経過に伴って変化させることが可能であり、また一定であってもよい。時間経過に伴って風速を変化させる場合、１回の運転時間において、利用者に風を断続的に当てるようにしてもよい。利用者に当てる風が断続されると、利用者に風を連続的に当てるよりも、刺激の程度が高くなり、利用者の覚醒度を高める効果が高くなる。さらに、覚醒度の低下が小さい期間に、風速が小さく設定され、覚醒度の低下が大きい期間に、風速が大きく設定されてもよい。

覚醒刺激気流は、利用者に刺激を与えることにより利用者の覚醒度を高めているが、一般的に、刺激を繰り返していると慣れが生じるから、覚醒刺激気流を繰り返して与えると覚醒度を高める効果は低下する。そのため、制御装置２０は、覚醒度の低下が小さい期間には利用者への刺激量を小さくし、覚醒度の低下が増加するに従って利用者への刺激量を大きくするように、送風機１２を制御してもよい。利用者に対する刺激量を変化させるには、風速、動作時間、停止時間の少なくとも１種類のパラメータを変化させればよい。刺激量を変化させるには、制御装置２０の記憶部２４に刺激量に応じたパラメータの組み合わせをあらかじめ登録しておき、処理部２１は、記憶部２４からパラメータの適宜の組み合わせを選択すればよい。

上述した例では、制御装置２０は、覚醒刺激気流の風速、運転時間、停止時間から選択されるパラメータのみを制御しているが、利用者に風を当てる部位を制御することが可能であり、また、送風機１２から利用者に当てる風の温度を制御することが可能である。

つまり、利用者に風を当てる部位の変更が可能な送風機１２を用いる場合、１回の運転時間において、利用者の頭部付近あるいは顔付近だけではなく、利用者の背中、腕などにも風を当てるように風を当てる部位を変化させることが可能である。また、風が当たる部位に応じて利用者が知覚する刺激の程度が異なるので、風を当てる部位に応じて風速を変化させることも有効である。たとえば、頭部付近に当てる風は風速を相対的に大きくし、顔面付近に当てる風は風速を相対的に小さくすればよい。

利用者において目的とする部位に風を当てるには、制御装置２０は、初期設定の期間において、送風機１２から利用者の様々な部位に風が当たるように送風機１２を制御する。また、送風機１２からの風が利用者の特定部位に当たったことを制御装置２０に通知できるように、制御装置２０には操作器５０からの入力情報を受け付けるインターフェイス部（以下、「Ｉ／Ｆ部」という）２６が設けられる。操作器５０は表示操作装置であって、制御装置２０は、操作器５０を通して利用者に部位を提示し、当該部位に風があたったときに特定の操作を行うように指示する。操作器５０は、制御装置２０に専用に設けることが可能であるが、スマートフォン、タブレット端末、パーソナルコンピュータなどから選択される端末装置を操作器５０として用いてもよい。

上記構成の環境制御システムを使用する場合、制御装置２０が送風機１２を制御して利用者の様々な部位に風を当てている初期設定の期間に、利用者は、操作器５０に提示された部位に風が当たると操作器５０を操作する。制御装置２０は、操作器５０が操作された時点において送風機１２に与えていた情報を記憶部２４に記憶する。ここに、送風機１２に指示を与えてから利用者が操作器５０を操作するまでの時間には遅延（タイムラグ）があるから、一定時間をタイムラグとして上述の情報を補正した後に、補正後の情報を記憶部２４に記憶させることが望ましい。

上述のように、送風機１２からの風が利用者の特定の部位に当たった時点で、利用者が操作器５０の操作することにより、送風機１２に与える情報と利用者の部位とを対応させた情報を記憶部２４に記憶させることが可能になる。言い換えると、送風機１２と利用者との位置関係が変化しても、初期設定の期間において、利用者が上述した作業を行うことにより、制御装置２０は利用者の特定部位に風を当てるように送風機１２を制御することが可能になる。

送風機１２からの風を利用者の特定部位に当てるには、利用者を監視するカメラと、カメラが撮像した画像に対する信号処理を行う画像処理装置とを用いてもよい。すなわち、画像処理装置が、カメラが撮像した利用者の画像から利用者の特定部位を抽出し、カメラと送風機１２との位置関係を用いて、利用者の特定部位に風を当てるために送風機１２を制御する情報を抽出する構成であってもよい。この構成を採用すると、操作器５０を用いた利用者による作業を伴わずに、制御装置２０は利用者の特定部位に送風機１２からの風を当てるために必要な情報を、画像処理装置と連携して自動的に生成することが可能になる。

ところで、利用者への気流の温度を調節できる場合、室内温度が高い時季には温度を下げた風を利用者に当てることが望ましい。なお、覚醒刺激気流は、覚醒度の低下による集中度の低下を抑制するために用いられるから、送風機１２から利用者に当てる気流の温度を周囲よりも高くすることはない。

作業リズムの乱れを抑制するためのリズム気流は、利用者に風を当てる部位に関する制限はとくにないが、リフレッシュ気流あるいは覚醒刺激気流と同様の部位に風を当てることにより、利用者に知覚しやすい刺激を与えることが可能である。要するに、リズム気流においても、衣服に覆われていない顔あるいは頭部に風が当たることが望ましい。

一般的に、知的作業を行う際に集中度が持続する時間は１０〜２０分程度であることが知られている。したがって、集中度が低下するタイミングである１０〜２０分間隔で、リズム気流を利用者に当てて刺激することによって集中度の維持が可能になる。リズム気流は、基本的には一定周期でよく、たとえば、１０分周期で運転時間を数秒程度に設定しておけばよい。また、利用者に当たる風の最大速度は０．２ｍ／ｓ程度であって、リフレッシュ気流および覚醒刺激気流よりも小さい値に設定される。また、リズム気流の風速は原則として一定に保たれる。

リズム気流は、たとえば１０分周期であるから、制御装置２０は、作業開始後に１０〜２０分が経過した後からリズム気流の制御を行えばよい。すなわち、作業の開始から１０〜２０分が経過した時点がリズム気流のために送風機１２の制御を開始する時刻に定められ、制御を開始する時刻の後には、たとえば１０分間隔でリズム気流が生成される。

以上説明したリフレッシュ気流、覚醒刺激気流、リズム気流について、利用者に当てる風の最大速度、運転時間、停止時間、風を当てる部位をまとめると、表１のようになる。

制御装置２０は、リフレッシュ気流と覚醒刺激気流とリズム気流とから選択される気流を単独で生成するように送風機１２を制御するか、リフレッシュ気流と覚醒刺激気流とリズム気流とから選択される複数の気流を組み合わせるように送風機１２を制御する。あるいは、制御装置２０は、リフレッシュ気流と覚醒刺激気流とリズム気流とから選択される複数の気流を混合するように送風機１２を制御してもよい。

複数の気流を組み合わせる場合、リフレッシュ気流と覚醒刺激気流とリズム気流とから選択される複数の気流は個々に独立して異なる時間帯に生成される。たとえば、複数種類の気流をそれぞれ生成する複数の時間帯の少なくとも２つの時間帯の一部同士が重複している場合は、重複がなくなるように何れか一方の時間帯がずらされ個々の気流が独立して生成される。上記のように時間帯をずらす場合、制御装置２０は、リフレッシュ気流と覚醒刺激気流とリズム気流とに優先順位を設定し、優先順位が高い気流を元の時間帯に生成し、優先順位が低い気流を元の時間から遅らせて生成する。

いま、リフレッシュ気流に覚醒刺激気流よりも高い優先順位が設定され、リフレッシュ気流を生成する時間帯と覚醒刺激気流を生成する時間帯との一部が重複している場合を想定する。この場合、リフレッシュ気流は、記憶部２４に設定されたパラメータに従う時間帯に生成されるが、覚醒刺激気流は、リフレッシュ気流が生成される時間帯と重複しないように、記憶部２４に設定されたパラメータに従う時間帯よりも遅れて生成される。

一方、複数の気流を混合する場合、リフレッシュ気流と覚醒刺激気流とリズム気流とから選択される複数の気流が同じ時間帯に生成される。たとえば、複数種類の気流をそれぞれ生成する複数の時間帯の少なくとも２つの時間帯の一部同士が重複している場合は、重複した時間帯において一方の気流が選択される。つまり、異なる種類の気流が占有する時間帯の重複が許容される。異なる種類の気流を生成する時間帯の重複が許容される場合、制御装置２０は、リフレッシュ気流と覚醒刺激気流とリズム気流とに優先順位を設定し、重複する時間帯において、優先順位が高い気流を採用することが望ましい。優先順位は、最大速度が速いほうが高くなるように設定することが望ましい。

いま、リフレッシュ気流を生成する時間帯に覚醒刺激気流を生成する時間帯の一部が重複している場合を想定する。最大速度は、リフレッシュ気流よりも覚醒刺激気流のほうが速いから、ここでは覚醒刺激気流にリフレッシュ気流よりも高い優先順位が設定されると仮定する。この条件では、制御装置２０は、リフレッシュ気流が生成される時間帯のうち、覚醒刺激気流が生成される時間帯の一部が重複している時間帯に、覚醒刺激気流を生成するように送風機１２を制御する。

図６は、制御装置２０が、リフレッシュ気流と覚醒刺激気流とリズム気流との３種類を組み合わせるように送風機１２を制御する例を示している。図６の左端の時刻は知的作業の開始時刻に対応する。図６において、リフレッシュ気流と覚醒刺激気流とリズム気流とは重複しないように独立して生成されている。なお、リフレッシュ気流に対応するバーの上端部における凹凸と、覚醒刺激気流に対応するバーの上端部における凹凸とは、リフレッシュ気流あるいは覚醒刺激気流の風速が時間経過に伴って変化することを表している。

図７は、利用者に刺激を与えない場合の集中度の時間変化と、リフレッシュ気流と覚醒刺激気流とリズム気流とがそれぞれ単独で生成された場合の集中度の時間変化と、３種類の気流が組み合わせて生成された場合の集中度の時間変化とを示す。リフレッシュ気流と覚醒刺激気流とリズム気流とがそれぞれ単独で生成された場合について、気流が生成されるタイミングは図７に矢印で示されている。

図７によれば、リフレッシュ気流のみが単独で用いられた場合には、利用者に刺激を与えない場合と比較して集中度の低下は抑制される。ただし、集中度の変化の傾向は刺激を与えない場合と類似した傾向を示している。一方、覚醒刺激気流が単独で用いられた場合には、集中度が急激に変化する期間が生じる。ただし、集中度は総じて高い状態に維持される。また、リズム気流が単独で用いられた場合には、集中度はリズム気流に合わせて周期的に変化する。

リフレッシュ気流と覚醒刺激気流とリズム気流とが組み合わせて用いられた場合は、集中度は比較的高い状態に維持され、集中度の変化も少なくなっている。すなわち、知的作業を行う期間の全般に亘って、集中度を高い状態に維持することが可能になり、結果的に刺激を与えない場合よりも生産性が向上すると言える。

上述した構成例では、環境形成装置１０として換気扇１１と送風機１２とを用いているが、上述したように、環境形成装置１０として空調装置を用いることが可能である。空調装置は、温度の制御が可能であり、気流を形成する機能も備えている。さらに、空調装置は、湿度の制御を行うように構成される場合があり、外気との換気を可能にした構成も知られている。また、気流の向きを制御する空調機器も知られている。

すなわち、環境形成装置１０として空調装置を用いると、送風機１２と同様に気流形成装置として機能させることができる。すなわち、空調装置は、気流の形成と気流の停止との制御が可能であり、気流の速度の制御が可能である。そのため、空調装置の制御によって、リフレッシュ気流と覚醒刺激気流とリズム気流との生成も可能になる。

さらに、空調装置を環境形成装置１０として用いると、季節ないし室温に応じて、気流の温度を制御することが可能になる。一般に、風速が速くなると、体感温度が下がることが知られているから、体感温度を考慮して、風速と温度とを併せて制御すると、風速の制御のみを行う場合よりも、利用者に与える刺激の効果を高めることが可能になる。

たとえば、夏季であって室温が高い場合には、気流の形成のみを行うと、体感温度を十分に下げることができずに、適切な刺激を利用者に与えることができない場合がある。とくに、覚醒刺激気流を与える場合には、気流の温度が室温より高くなることは望ましくない。そこで、空調装置が室温以下の気流を形成して利用者に当てるようにすれば、体感温度を下げて、利用者にとって適切な刺激を与えることが可能になる。夏季において、この目的で空調装置を用いる場合、空調装置から送風する気流の温度は、室温より数℃低い温度から室温までの範囲で選択される。

一方、冬季であって室温が低い場合には、空調装置を用いることによって、身体全体の体温を快適な範囲に維持し、かつ集中力に影響を与える刺激を気流によって与えることが可能である。たとえば、上半身に当たる風の温度を室温と同程度にし、足元に当たる風の温度を室温より高くすれば、いわゆる頭寒足熱が実現されるから体感温度の維持が可能であり、しかも、風による刺激を利用者に与えて集中力の維持または向上が実現される。

ここに、利用者の複数の部位に温度の異なる風を同時に当てることが、１台の空調装置では実現することが困難である場合、空調装置が生成した気流が当たる部位を、利用者の頭部と足元との間で変化させてもよい。この場合、上半身に風が当たる期間と足元に風が当たる期間とで風の温度を変化させるようにすればよい。

なお、上述した動作を行う空調装置を環境形成装置１０として用いる場合に、送風機１２を省略することが可能であり、空調装置に換気の機能があれば換気扇１１を省略することも可能である。すなわち、空調装置のみで環境形成装置１０を構成することが可能である。一方、空調装置と送風機１２とを組み合わせて用いてもよく、たとえば、室温については空調装置で制御し、気流の速度については送風機１２で制御するように構成することが可能である。

ところで、環境形成装置１０の動作を時計部２５が計時する時間の経過に応じて制御する構成において、センサ４０で計測する環境要素について設定した目標値を適用する場合には、以下の例のような動作が可能である。いま、環境形成装置１０が換気扇１１であり、着目する環境要素が二酸化炭素の濃度であって、目標値が４００ｐｐｍである場合を想定する。この目標値は、室内の標準的な二酸化炭素の濃度に対して３分の２以下、望ましくは２分の１以下に設定される。すなわち、目標値は、７００ｐｐｍ以下、望ましくは５００ｐｐｍ以下に設定される。また、以下に説明する例では、知的作業の開始から２５分が経過すると集中度が低下し始めると仮定する。

この場合、処理部２１は、知的作業の開始から２５分が経過した時点で、換気扇１１を強（高速）で運転させることにより、集中度の維持あるいは向上を図る。その後、処理部２１は、たとえば、センサ４０で計測される二酸化炭素の濃度が目標値である４００ｐｐｍに達してから１０分間が経過するまで待ち、換気扇１１を元の状態に復帰させる。

また、利用者に風を当てることにより利用者を刺激する場合は、送風機１２を制御した直後に利用者の集中度に変化が生じる。一方、換気扇１１を用いて室内の空気質を調節する場合は、換気扇１１の動作が開始されてから室内の空気質が所要の程度に改善されるまでの時間は比較的長時間（たとえば、２０分間）になる。そのため、集中度の低下が見込まれる時間帯に対して、室内の空気質が所要の程度に改善されるまでに要する時間だけ先行して換気扇１１の運転を開始してもよい。

なお、環境形成装置１０が換気扇１１のように回転型のモータを動力源とする場合、目標値をモータの回転数によって定めるようにしてもよい。つまり、センサ４０を用いることなく、モータの回転数を目標値に用いて換気扇１１の動作を復帰させるタイミングを定めるようにしてもよい。

さらに、処理部２１は、集中度に応じて、環境形成装置１０の動作を異ならせるように構成されていてもよい。たとえば、集中度を複数段階に分け、段階ごとに気流の速度あるいは目標値などを変更するようにしてもよい。さらには、サーカディアンリズムのような生体リズムを考慮し、時間帯に応じて環境形成装置１０の動作を変更する構成を採用してもよい。

なお、においに着目する場合、空気質として二酸化炭素の濃度ではなく、炭化水素系化合物などの濃度を計測してもよい。この場合、換気装置、空気清浄機などから選択される環境形成装置１０が用いられる。また、センサ４０は、においセンサが用いられる。においの度合を数値化する指標としては、炭化水素系化合物などの濃度を用いるＣＩＡＱ（Composite Index of Air Quality）数が知られている。センサ４０がＣＩＡＱ数を出力値とするにおいセンサである場合、目標値は２０以下、望ましくは１０以下に設定される。

においは、集中度への作用という観点では、知的作業を開始する時点の直前および直後において重要である。したがって、においに着目する場合は、制御装置２０は、知的作業を開始する時点の直前および直後において、ＣＩＡＱ数をできるだけ小さくするように、環境形成装置１０を制御する。このような制御を可能にするために、においに着目する場合には、知的作業の開始前に環境形成装置１０の運転を開始させる必要がある。つまり、利用者は、環境形成装置１０の運転を指示してから所定時間後に知的作業を開始すればよい。または、知的作業を開始する時刻を定めたスケジュールが設定され、知的作業を開始する時刻の所定時間前に制御装置２０が自動的に環境形成装置１０の運転を開始する構成を採用してもよい。

この構成を採用する場合、制御装置２０は、知的作業の開始後は、センサ４０が計測するＣＩＡＱ数が２０を超えないように環境形成装置１０を運転することが望ましい。

以上説明したように、本実施形態の環境制御システムは、環境形成装置１０と制御装置２０とを備える。環境形成装置１０は、作業空間における気流の形成と作業空間に対する換気との少なくとも一方を行う。制御装置２０は、環境形成装置１０の動作を制御する。ここに、制御装置２０は、作業空間に存在する利用者の意識集中の程度である集中度を維持または向上させるように環境形成装置１０の動作を制御する。

上述した環境制御システムは、気流の形成と換気との少なくとも一方を集中度に作用させているから、視覚刺激、聴覚刺激、嗅覚刺激のいずれも用いることなく利用者の集中度を維持または向上させることが可能になる。

環境形成装置１０は、利用者に風を当てるように気流を形成する気流形成装置（たとえば、送風機１２）であり、制御装置２０は、気流形成装置を、気流の形成と気流の停止とが繰り返されるように制御する構成であることが望ましい。この構成では、気流形成装置が利用者に当てる風の最大速度と、気流形成装置が気流を形成する運転時間と、気流形成装置が停止する停止時間とが定められる。気流形成装置が利用者に当てる風の最大速度の範囲は、０．２ｍ／ｓ、０．４〜０．７ｍ／ｓ、１．５〜３．０ｍ／ｓの群から選択され、運転時間と停止時間とは、最大速度の範囲に応じて定められることが望ましい。

この環境制御システムは、集中度を低下させる要因に応じた気流を気流形成装置で形成することが可能になり、各要因による集中度の低下を抑制することが可能になる。また、気流形成装置により形成した気流で利用者を刺激するから、気流形成装置が制御装置２０とのインターフェイスを備えていれば、この環境制御システムは、制御装置２０と気流形成装置とを接続するだけで容易に実現することが可能である。

環境制御システムは、作業空間における利用者の集中度を計測する計測装置３０を備えることが望ましい。この構成において、制御装置２０は、計測装置３０が計測した集中度を維持または向上させるように環境形成装置１０の動作を制御する。

この環境制御システムは、利用者の集中度を計測装置３０で監視してフィードバック制御を行うから、集中度を維持ないし向上させる適切なタイミングで、環境形成装置１０を制御することが可能になる。

また、制御装置２０は、時間を計時する時計部２５を備えていてもよい。この構成において、制御装置２０は、時間と集中度との関係を予め記憶する。そして、制御装置２０は、当該関係を用いることにより、時計部２５が計時する時間に応じて、利用者の集中度を維持または向上させるように環境形成装置１０の動作を制御する。

この環境制御システムは、経過時間と利用者の集中度との関係を用いてオープン制御を行うから、計測装置３０を用いることなく、簡単な構成で実現することができる。

環境制御システムは、作業空間の空気質について着目する環境要素を計測するセンサ４０を備えていてもよい。この構成では、制御装置２０は、センサ４０が計測する環境要素が、予め設定された目標値となるように、環境形成装置１０の動作を制御する。

この環境制御システムは、作業空間の空気質を考慮して環境形成装置１０の動作を制御するから、二酸化炭素の濃度、においのように集中度に作用する空気質を改善することによって、集中度の維持ないし向上を図ることができる。

環境形成装置１０は、作業空間に対する換気を行う換気装置であり、センサ４０は、環境要素として作業空間の二酸化炭素の濃度を計測する構成であってもよい。この構成では、制御装置２０は、センサ４０により計測される作業空間の二酸化炭素の濃度が、７００ｐｐｍを超えないように、換気装置を制御することが望ましい。

この環境制御システムは、作業空間における二酸化炭素の濃度が高濃度にならないように調節するから覚醒度の低下を抑制し、結果的に集中度の低下を抑制することが可能になる。

なお、上述した実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることはもちろんのことである。

Claims (3)

1. 作業空間に存在する利用者の特定部位に風を当てるように気流を形成する環境形成装置と、
   前記環境形成装置の動作を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記環境形成装置は、前記特定部位を変化させることが可能であり、
   前記制御装置は、
   前記利用者の意識集中の程度である集中度を維持または向上させるように前記環境形成装置からの風が当たる前記特定部位に応じて風速または風の温度を制御する
   ことを特徴とする環境制御システム。
2. 前記制御装置は、
   撮像装置が撮像した前記利用者の画像から前記利用者の前記特定部位を抽出した情報に基づいて、前記利用者の前記特定部位ごとに前記環境形成装置の風速または風の温度を異ならせるように制御する
   請求項１に記載の環境制御システム。
3. 前記制御装置は、
   時間を計時する時計部を備え、
   前記利用者の作業開始から前記時計部が計時する時間に応じて、時間と集中度との関係に基づいた前記環境形成装置の動作制御を行う
   請求項１または２記載の環境制御システム。

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