JP2022191078A - 眠気判定装置、眠気判定方法及び眠気判定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】被験者の心拍情報の取得が容易になり且つ心拍情報の個人毎のばらつきの影響が少なくなる眠気判定装置を得る。【解決手段】眠気判定装置は、被験者の基底心拍数を取得する基底心拍数取得部と、被験者の瞬時心拍数を取得し、瞬時心拍数の一定時間内の移動平均である平均心拍数を算出する心拍数取得部と、基底心拍数と前記平均心拍数との比較により被験者の眠気度合いを判定する判定部と、を備える。瞬時心拍数は、心電図の波形における山の数に相当するが、この山の数と心臓の収縮の回数とは一致する。このため、被験者の心拍情報として瞬時心拍数を取得する場合、心拍間隔を取得する場合と比較して、正しい数値を取得し易い。また、基底心拍数は、個人特有の深睡眠時の心拍数であり、平常時の平均心拍数と相関がある。この相関関係に基づいく比較により被験者の眠気度合いを判定することにより、心拍情報の個人毎のばらつきの影響が少なくなる。【選択図】図４

Description

本発明は、被験者の眠気度合いを判定する眠気判定装置、眠気判定方法及び眠気判定プログラムに関する。

従来、被験者の眠気判定を行う技術としては、心拍間隔変動の周波数スペクトルから自律神経系の活動状況を推測する技術が一般的に知られている。例えば下記特許文献１に記載された先行技術では、被験者の心拍間隔変動の周波数解析を行い、その周波数成分の標準偏差を用いて眠気判定を行う。

特許第４６０９５３９号公報

上記の先行技術では、被験者の心拍間隔を取得する必要がある。心拍間隔は、心電図の波形におけるピークの間隔に対応するが、心臓の収縮との間に時間差があるため、心電図のピーク間隔と心拍間隔とが一致しない場合がある。この心拍間隔を正確に取得するためには、高度な又は測定方法に制限がある測定システムが必要となる。また、生理指標である心拍間隔には個人差があるため、一定の閾値で判定する場合、正しく判定できない可能性がある。

本発明は上記事実を考慮し、被験者の心拍情報の取得が容易になり且つ心拍情報の個人毎のばらつきの影響が少なくなる眠気判定装置、眠気判定方法及び眠気判定プログラムを得ることを目的とする。

請求項１に記載の発明に係る眠気判定装置は、被験者の基底心拍数を取得する基底心拍数取得部と、前記被験者の瞬時心拍数を取得し、前記瞬時心拍数の一定時間内の移動平均である平均心拍数を算出する心拍数取得部と、前記基底心拍数と前記平均心拍数との比較により前記被験者の眠気度合いを判定する判定部と、を備える。

請求項１に記載の眠気判定装置では、基底心拍数取得部は、被験者の基底心拍数を取得する。心拍数取得部は、被験者の瞬時心拍数を取得し、当該瞬時心拍数の一定時間内の移動平均である平均心拍数を算出する。判定部は、基底心拍数と平均心拍数との比較により被験者の眠気度合いを判定する。瞬時心拍数は、心電図の波形における山の数に相当するが、この山の数と心臓の収縮の回数とは一致する。このため、被験者の心拍情報として瞬時心拍数を取得する場合、心拍間隔を取得する場合と比較して、正しい数値を取得し易い。但し、瞬時心拍数は短いスパンのデータであり、瞬間的な変動の影響を受ける。この影響を避けるため、上記のように平均心拍数を算出する。また、基底心拍数は、個人特有の深睡眠時の心拍数であり、平常時の平均心拍数と相関がある。この相関関係に基づく比較により被験者の眠気度合いを判定することで、心拍情報の個人毎のばらつきの影響が少なくなる。

請求項２に記載の発明に係る眠気判定装置は、請求項１に記載の眠気判定装置において、前記心拍数取得部は、前記平均心拍数の単位時間当たりの変化量を算出し、前記判定部は、前記比較による判定の後、前記変化量が負の値であり且つ前記基底心拍数の第１係数倍以下である状態が一定時間継続するか否かを判断し、当該判断に基づいて前記眠気度合いを更に判定する。

請求項２に記載の眠気判定装置では、心拍数取得部は、被験者の平均心拍数の単位時間当たりの変化量を算出する。判定部は、基底心拍数と平均心拍数との比較による判定の後、上記変化量が負の値であり且つ基底心拍数の第１係数倍以下である状態が一定時間継続するか否かを判断し、この判断に基づいて被験者の眠気度合いを更に判定する。この判定が追加されることにより、眠気度合いの判定精度を高めることができる。

請求項３に記載の発明に係る眠気判定装置は、請求項１又は請求項２に記載の眠気判定装置において、前記心拍数取得部は、前記一定時間より短い短時間内の前記瞬時心拍数の移動平均である短時間平均心拍数を算出すると共に、前記短時間平均心拍数から前記平均心拍数を差し引いて平均心拍数差を算出し、前記判定部は、前記比較による判定の後、前記平均心拍数差が負の値であり且つ第１閾値以下であるか否かを判断し、当該判断に基づいて前記眠気度合いを更に判定する。

請求項３に記載の眠気判定装置では、心拍数取得部は、被験者の瞬時心拍数の短時間内における移動平均である短時間平均心拍数を算出すると共に、前記短時間平均心拍数から平均心拍数を差し引いて平均心拍数差を算出する。判定部は、基底心拍数と平均心拍数との比較による判定の後、平均心拍数差が負の値であり且つ第１閾値以下であるか否かを判断し、この判断に基づいて被験者の眠気度合いを更に判定する。この判定が追加されることにより、眠気度合いの判定精度を高めることができる。

請求項４に記載の発明に係る眠気判定装置は、請求項２又は請求項３に記載の眠気判定装置において、前記心拍数取得部は、前記一定時間より短い短時間内の前記瞬時心拍数の移動平均である短時間平均心拍数を算出すると共に、前記短時間平均心拍数の標準偏差を算出し、前記判定部は、前記判断を否定した場合、前記標準偏差が前記基底心拍数の第２係数倍以上か否かに基づいて前記眠気度合いを更に判定する。

請求項４に記載の眠気判定装置では、心拍数取得部は、被験者の瞬時心拍数の短時間内における移動平均である短時間平均心拍数を算出すると共に、当該短時間平均心拍数の標準偏差を算出する。判定部は、請求項２又は請求項３での判断を否定した場合、上記の標準偏差が基底心拍数の第２係数倍以上か否かに基づいて被験者の眠気度合いを更に判定する。この判定が追加されることにより、眠気度合いの判定精度を高めることができる。

請求項５に記載の発明に係る眠気判定装置は、請求項１～請求項４の何れか１項に記載の眠気判定装置において、前記心拍数取得部は、前記一定時間より短い短時間内の前記瞬時心拍数の移動平均である短時間平均心拍数を算出すると共に、前記短時間平均心拍数から前記平均心拍数を差し引いて平均心拍数差を算出し、前記判定部は、前記平均心拍数差が正の値であり且つ第２閾値以上であるか否かに基づいて前記眠気度合いを最終的に判定する。

請求項５に記載の眠気判定装置では、心拍数取得部は、被験者の瞬時心拍数の短時間内における移動平均である短時間平均心拍数を算出すると共に、当該短時間平均心拍数から平均心拍数を差し引いて平均心拍数差を算出する。判定部は、平均心拍数差が正の値であり且つ第２閾値以上であるか否かに基づいて被験者の眠気度合いを最終的に判定する。この判定が追加されることにより、眠気度合いの判定精度を高めることができる。

請求項６に記載の発明に係る眠気判定方法は、被験者の基底心拍数を取得し、前記被験者の瞬時心拍数を取得し、前記瞬時心拍数の一定時間内の移動平均である平均心拍数を算出し、前記基底心拍数と前記平均心拍数との比較により前記被験者の眠気度合いを判定する。

請求項６に記載の眠気判定方法では、被験者の基底心拍数を取得する。また、被験者の瞬時心拍数を取得し、当該瞬時心拍数の一定時間内の移動平均である平均心拍数を算出する。そして、基底心拍数と平均心拍数との比較により被験者の眠気度合いを判定する。瞬時心拍数は、心電図の波形における山の数に相当するが、この山の数と心臓の収縮の回数とは一致する。このため、被験者の心拍情報として瞬時心拍数を取得する場合、心拍間隔を取得する場合と比較して、正しい数値を取得し易い。但し、瞬時心拍数は短いスパンのデータであり、瞬間的な変動の影響を受ける。この影響を避けるため、上記のように平均心拍数を算出する。また、基底心拍数は、個人特有の深睡眠時の心拍数であり、平常時の平均心拍数と相関がある。この相関関係に基づく比較により被験者の眠気度合いを判定することで、心拍情報の個人毎のばらつきの影響が少なくなる。

請求項７に記載の発明に係る眠気判定方法は、請求項６に記載の眠気判定方法において、前記平均心拍数の単位時間当たりの変化量を算出し、前記比較による判定の後、前記変化量が負の値であり且つ前記基底心拍数の第１係数倍以下である状態が一定時間継続するか否かを判断し、当該判断に基づいて前記眠気度合いを更に判定する。

請求項７に記載の眠気判定方法では、被験者の平均心拍数の単位時間当たりの変化量を算出する。そして、基底心拍数と平均心拍数との比較による判定の後、上記変化量が負の値であり且つ基底心拍数の第１係数倍以下である状態が一定時間継続するか否かを判断し、この判断に基づいて被験者の眠気度合いを更に判定する。この判定が追加されることにより、眠気度合いの判定精度を高めることができる。

請求項８に記載の発明に係る眠気判定方法は、請求項６又は請求項７に記載の眠気判定方法において、前記一定時間より短い短時間内の前記瞬時心拍数の移動平均である短時間平均心拍数を算出すると共に、前記短時間平均心拍数から前記平均心拍数を差し引いて平均心拍数差を算出し、前記比較による判定の後、前記平均心拍数差が負の値であり且つ第１閾値以下であるか否かを判断し、当該判断に基づいて前記眠気度合いを更に判定する。

請求項８に記載の眠気判定方法では、被験者の瞬時心拍数の短時間内における移動平均である短時間平均心拍数を算出すると共に、当該短時間平均心拍数から平均心拍数を差し引いて平均心拍数差を算出する。そして、基底心拍数と平均心拍数との比較による判定の後、平均心拍数差が負の値であり且つ第１閾値以下であるか否かを判断し、この判断に基づいて被験者の眠気度合いを更に判定する。この判定が追加されることにより、眠気度合いの判定精度を高めることができる。

請求項９に記載の発明に係る眠気判定方法は、請求項７又は請求項８に記載の眠気判定方法において、前記一定時間より短い短時間内の前記瞬時心拍数の移動平均である短時間平均心拍数を算出すると共に、前記短時間平均心拍数の標準偏差を算出し、前記判断を否定した場合、前記標準偏差が前記基底心拍数の第２係数倍以上か否かに基づいて前記眠気度合いを更に判定する。

請求項９に記載の眠気判定方法では、被験者の瞬時心拍数の短時間内における移動平均である短時間平均心拍数を算出すると共に、当該短時間平均心拍数の標準偏差を算出する。そして、請求項７又は請求項８での判断を否定した場合、上記の標準偏差が基底心拍数の第２係数倍以上か否かに基づいて被験者の眠気度合いを更に判定する。この判定が追加されることにより、眠気度合いの判定精度を高めることができる。

請求項１０に記載の発明に係る眠気判定方法は、請求項６～請求項９の何れか１項に記載の眠気判定方法において、前記一定時間より短い短時間内の前記瞬時心拍数の移動平均である短時間平均心拍数を算出すると共に、前記短時間平均心拍数から前記平均心拍数を差し引いて平均心拍数差を算出し、前記平均心拍数差が正の値であり且つ第２閾値以上であるか否かに基づいて前記眠気度合いを最終的に判定する。

請求項１０に記載の眠気判定方法では、被験者の瞬時心拍数の短時間内における移動平均である短時間平均心拍数を算出すると共に、当該短時間平均心拍数から平均心拍数を差し引いて平均心拍数差を算出する。そして、この平均心拍数差が正の値であり且つ第２閾値以上であるか否かに基づいて被験者の眠気度合いを最終的に判定する。この判定が追加されることにより、眠気度合いの判定精度を高めることができる。

請求項１１に記載の発明に係る眠気判定プログラムは、請求項６～請求項１０の何れか１項に記載の眠気判定方法をプロセッサに実行させる。

請求項１１に記載の眠気判定プログラムにより、プロセッサが請求項６～請求項１０の何れか１項に記載の眠気判定方法を実行する。これにより、請求項６～請求項１０の何れか１項に記載の発明と同様の効果が得られる。

以上説明したように、本発明に係る眠気判定装置、眠気判定方法及び眠気判定プログラムでは、被験者の心拍情報の取得が容易になり且つ心拍情報の個人毎のばらつきの影響が少なくなる。

実施形態に係る眠気判定装置としての眠気判定警告装置を含んで構成された眠気判定警告システムのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 実施形態に係る眠気判定警告装置の機能構成の一例を示すブロック図である。 瞬時心拍数について説明するための説明図である。 実施形態に係る眠気判定警告装置の眠気判定部が行う制御処理の流れを示すフローチャートである。 脈波の波形の一例を示す線図であり、心拍数及び心拍間隔について説明するための図である。

以下、図１～図５を参照して本発明の実施形態について説明する。図１には、第１実施形態に係る眠気判定装置としての眠気判定警告装置１２を含んで構成された眠気判定警告システム１０が示されている。この眠気判定警告システム１０は、眠気判定警告装置１２の他、基底心拍数取得装置１４、生体データ集積装置１６、心拍数センサ１８、警告装置２０、及び他制御装置２２を含んで構成されている。

眠気判定警告装置１２は、例えば車両に搭載され、当該車両の運転者の眠気度合いを判定し、当該運転者に対して必要に応じて警告を行う装置である。当該運転者は、本発明における「被験者」に相当する。この眠気判定警告装置１２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ；プロセッサ）１２Ａ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１２Ｂ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２Ｃ、ストレージ１２Ｄ、通信Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒ Ｆａｃｅ）１２Ｅ、及び入出力Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒ Ｆａｃｅ）１２Ｆを含んで構成されている。ＣＰＵ１２Ａ、ＲＯＭ１２Ｂ、ＲＡＭ１２Ｃ、ストレージ１２Ｄ、通信Ｉ／Ｆ１２Ｅ及び入出力Ｉ／Ｆ１２Ｆは、バス１２Ｇを介して相互に通信可能に接続されている。

ＣＰＵ１２Ａは、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各部を制御したりする。すなわち、ＣＰＵ１２Ａは、ＲＯＭ１２Ｂからプログラムを読み出し、ＲＡＭ１２Ｃを作業領域としてプログラムを実行する。本実施形態では、ＲＯＭ１２Ｂにプログラムが記憶されている。このプログラムは、本発明における「眠気判定プログラム」に相当する。このプログラムをＣＰＵ１２Ａが実行することで、眠気判定警告装置１２は、図２に示される記憶部１２１、心拍数指標算出部１２２、眠気判定部１２３及び警告装置制御部１２４として機能する。

ＲＯＭ１２Ｂは、各種プログラム及び各種データを記憶している。ＲＡＭ１２Ｃは、作業領域として一時的にプログラム又はデータを記憶する。ストレージ１２Ｄは、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）又はＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム等を記憶している。

通信Ｉ／Ｆ１２Ｅは、ネットワークに接続するためのインタフェースを含む。このネットワークは、一例としてインターネット等の公衆回線を用いた有線及び無線の通信網である。上記のインタフェースとしては、例えば、ＬＴＥ、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）等の通信規格が用いられる。眠気判定警告装置１２は、上記のネットワークを介して基底心拍数取得装置１４及び生体データ集積装置１６と相互に通信可能に接続される。また、基底心拍数取得装置１４と生体データ集積装置１６とは、上記のネットワークを介して相互に通信可能に接続される。

基底心拍数取得装置１４は、例えばウェアラブル端末等に搭載される心拍数センサ等であり、例えば運転者（被験者）が車両に乗車する直前の睡眠時に被験者の基底心拍数を測定する。基底心拍数は、睡眠時の心拍数の分布（すなわちヒストグラム）の１パーセンタイルに相当する心拍数である。基底心拍数取得装置１４によって測定された基底心拍数のデータは、ネットワークを介して眠気判定警告装置１２に直接又は生体データ集積装置１６を経由して間接的に送信される。生体データ集積装置１６は、例えばスマートフォンやデータサーバ等である。この生体データ集積装置１６には、被験者毎の基底心拍数のデータが集積される。

入出力Ｉ／Ｆ１２Ｆには、心拍数センサ１８、警告装置２０及び他制御装置２２が接続されている。心拍数センサ１８は、例えば電波式又は光学式の心拍計であり、車両に搭載されて運転者の瞬時心拍数を測定する。この瞬時心拍数は、最小の時間単位で測定される心拍数である。本実施形態では、図３に示されるように、時刻ｔ_ｉに心拍数センサ１８で取得された瞬時心拍数をＨＲ_ｉとする。警告装置２０は、例えば警告音を発する音声出力装置や、警告のための振動を運転者に加える振動出力装置等であり、車両や車両用シート等に搭載される。他制御装置２２は、例えば車両の自動運転等を制御する車両制御装置や、車両に搭載された表示装置を制御する表示制御装置等である。なお、上記の心拍数センサ１８は、Ｒ波とＲ波の間隔（所謂ＲＲＩ）を計測する心拍間隔センサであってもよい。その場合の心拍数情報は、心拍数（ｂｐｍ）＝６０／ＲＲＩとして心拍間隔から取得する。

眠気判定警告装置１２は、前述したように、機能構成として図２に示される記憶部１２１、心拍数指標算出部１２２、眠気判定部１２３及び警告装置制御部１２４を有している。これらの機能構成は、ＣＰＵ１２ＡがＲＯＭ１２Ｂに記憶されたプログラムを読み出し、これを実行することで実現される。これらの機能構成により、本発明に係る「眠気判定方法」が実施される。

記憶部１２１は、基底心拍数取得装置１４によって測定された基底心拍数のデータを取得する。つまり、この記憶部１２１は、本発明における「基底心拍数取得部」に相当する。この記憶部１２１は、取得した基底心拍数のデータをストレージ１２Ｄ等に記憶させる。この場合、記憶部１２１は、複数の被験者毎に基底心拍数のデータをストレージ１２Ｄ等に記憶させる。

心拍数指標算出部１２２は、心拍数センサ１８によって測定された瞬時心拍数のデータを取得する。つまり、この心拍数指標算出部１２２は、本発明における「心拍数取得部」に相当する。この心拍数指標算出部１２２は、瞬時心拍数ＨＲ_ｉの一定時間内の移動平均である平均心拍数ＨＲ_ａを算出する。また、心拍数指標算出部１２２は、上記一定時間より短い短時間内の瞬時心拍数ＨＲ_ｉの移動平均である短時間平均心拍数ＨＲ_ａｓを算出すると共に、当該短時間平均心拍数ＨＲ_ａｓから前記平均心拍数ＨＲ_ａを差し引いて平均心拍数差ｘ_ｓを算出する。さらに、心拍数指標算出部１２２は、平均心拍数ＨＲ_ａの単位時間当たりの変化量ｘ_ｌと、短時間平均心拍数の標準偏差ＳＤとを算出する。

具体的には、心拍数指標算出部１２２は、以下の（１）式により平均心拍数ＨＲ_ａを算出する。以下の（１）式においてａは、例えば過去１５～６０秒程度の間に心拍数センサ１８が取得した瞬時心拍数のデータ数である。この平均心拍数ＨＲ_ａは、例えば過去１５～６０秒程度の間における瞬時心拍数ＨＲ_ｉの大まかな変動を示す指標である。

また、心拍数指標算出部１２２は、以下の（２）式により短時間平均心拍数ＨＲ_ａｓを算出する。以下の（２）式においてｂは、例えば過去５秒程度の間に心拍数センサ１８が取得した瞬時心拍数のデータ数である。この短時間平均心拍数ＨＲ_ａｓは、例えば過去５秒程度の間における瞬時心拍数ＨＲ_ｉの変動を示す指標であり、呼吸による心拍数変動成分を補正するための指標である。

また、心拍数指標算出部１２２は、以下の（３）式により平均心拍数差ｘ_ｓを算出する。この平均心拍数差ｘ_ｓは、短時間内の瞬時心拍数ＨＲ_ｉの増減に関する傾向を示す指標である。

また、心拍数指標算出部１２２は、以下の（４）式により平均心拍数ＨＲ_ａの単位時間当たりの変化量ｘ_ｌを算出する。この変化量ｘ_ｌは、長時間内の瞬時心拍数ＨＲ_ｉの増減に関する傾向を示す指標である。

さらに、心拍数指標算出部１２２は、以下の（５）式により短時間平均心拍数ＨＲ_ａｓの標準偏差ＳＤを算出する。この標準偏差ＳＤは、瞬時心拍数ＨＲ_ｉのばらつきを示す指標である。なお、以下の（５）式においてｃは、例えば過去２０秒の５秒平均心拍データ数である。

眠気判定部１２３は、基底心拍数ＨＲ_０と平均心拍数ＨＲ_ａとの比較により運転者の眠気度合いを判定する。この眠気判定部１２３は、本発明における「判定部」に相当する。この眠気判定部１２３は、例えば、第１比較係数Ｙ_１、第２比較係数Ｙ_２及び第３比較係数Ｙ_３と基底心拍数ＨＲ_０との各積と、過去数十秒間（ここでは３０秒間）の平均心拍数ＨＲ_３０Ｓとの大きさをそれぞれ比較することで、運転者の眠気度合い（眠気レベル）をレベル０相当～レベル３相当の４段階に分別する。

具体的には、眠気判定部１２３は、以下の（６）～（９）式の何れが満たされるかを判定する。なお、第１比較係数Ｙ_１は、例えば１．３≧Ｙ_１≧１．１の範囲内に設定され、第２比較係数Ｙ_２は、例えば１．２５≧Ｙ_２≧１．０５の範囲内に設定され、第３比較係数Ｙ_３は、例えば１．２≧Ｙ_３≧１．０の範囲内に設定される。但し、Ｙ_１＞Ｙ_２＞Ｙ_３を満たすものとする。

また、眠気判定部１２３は、上記の比較による判定の後、平均心拍数ＨＲ_ａの単位時間当たりの変化量ｘ_ｌが負の値であり且つ基底心拍数ＨＲ_０の第１係数ｘ_ｌｃ倍以下である状態、すなわち以下の（１０）式が満たされる状態が一定時間ｔ_ｃ継続するか否かを判断し、当該判断に基づいて運転者の眠気度合いを更に判定する。なお、第１係数ｘ_ｌｃは、例えば－０．００１≧ｘ_ｌｃ≧－０．０１の範囲内に設定される。

また、眠気判定部１２３は、上記の比較による判定の後、平均心拍数差ｘ_ｓが負の値であり且つ第１閾値ｘ_ｓｃ１以下であるか、すなわち以下の（１１）式が満たされるか否かを判断し、当該判断に基づいて運転者の眠気度合いを更に判定する。なお、第１閾値ｘ_ｓｃ１は、例えば－０．１≧ｘ_ｓｃ１≧－１の範囲内に設定される。

また、眠気判定部１２３は、上記各判断のうち何れかを否定した場合、短時間平均心拍数ＨＲ_ａｓの標準偏差ＳＤが基底心拍数ＨＲ_０の第２係数ＳＤ_Ｃ倍以上か、すなわち以下の（１２）式が満たされるか否かに基づいて運転者の眠気度合いを更に判定する。なお、第２係数ＳＤ_Ｃは、例えば０．０２５≧ＳＤ_Ｃ≧０．００１の範囲内に設定される。

さらに、眠気判定部１２３は、平均心拍数差ｘ_Ｓが正の値であり且つ第２閾値ｘ_ｓｃ２以上であるか、すなわち以下の（１３）式が満たされるか否かに基づいて運転者の眠気度合いを最終的に判定する。なお、第２閾値ｘ_ｓｃ２は、例えば０．５≧ｘ_ｓｃ２≧０．１の範囲内に設定される。

警告装置制御部１２４は、眠気判定部１２３で判定された運転者の眠気度合い（眠気レベル）に応じて、予め設定された通りに警告装置２０の動作を制御する。例えば、警告装置制御部１２４は、運転者の眠気が浅い段階では運転者の不快感に繋がらない程度の警告音や振動等で警告を行う。一方、運転者の眠気が深い段階（居眠り状態）にあり、運転者を覚醒させる緊急性が高い場合には、警告装置制御部１２４は運転者に対して強い警告を行う。このように、眠気判定部１２３によって判定された眠気レベルに応じた警告を行うことで運転者の覚醒を効果的に促すことが期待できる。

眠気判定部１２３の判定結果は、入出力Ｉ／Ｆ１２Ｆを介して他制御装置２２にも出力され、他制御装置２２での制御に利用される。なお、基底心拍数取得装置１４によって測定する心拍数から、被験者の前日の睡眠状態（深睡眠の時間）を推定し、被験者の車両運転時に警告を発したり、車両の自動運転制御に活用する等してもよい。

以下、図４に示されるフローチャートを用いて、眠気判定警告装置１２で実施される制御処理の流れについて説明する。この制御処理では、眠気判定警告装置１２のＣＰＵ１２Ａは、眠気判定部１２３の機能により、運転者の眠気度合い（眠気レベル）をレベル０（覚醒）～レベル３（深い眠気）の４段階に分別する。

先ず図４のステップＳ１では、ＣＰＵ１２Ａは、運転者の基底心拍数ＨＲ_０と平均心拍数ＨＲ_ａとの比較により運転者の眠気レベルを判定する。具体的には、ＣＰＵ１２Ａは、前述した（６）～（９）の式の何れが満たされるかに基づいて、運転者の眠気レベルがレベル０相当～レベル３相当の何れであるか判定する。これにより、レベル０相当であると判定された場合、ステップＳ２に移行し、レベル１相当であると判定された場合、ステップＳ４に移行し、レベル２相当であると判定された場合、ステップＳ７に移行し、レベル３相当であると認定された場合、ステップＳ９に移行する。

ステップＳ２に移行した場合、ＣＰＵ１２Ａは、運転者の平均心拍数ＨＲ_ａが減少傾向か否か、及び、運転者の平均心拍数ＨＲ_ａが急減したか否かを判断し、これらの判断に基づいて運転者の眠気レベルを更に判定する。具体的には、ＣＰＵ１２Ａは、前述した（１０）式が満たされる状態が一定時間ｔ_ｃ継続するか否か、及び、前述した（１１）式が満たされるか否かを判断する。これらの判断の何れもが否定された場合、ステップＳ３に移行し、これらの判断の何れか一方が肯定された場合、ステップＳ５に移行する。

ステップＳ３に移行した場合、ＣＰＵ１２Ａは、運転者の平均心拍数ＨＲ_ａのばらつきに基づいて運転者の眠気レベルを更に判定する。具体的には、ＣＰＵ１２Ａは、前述した
（１２）式が満たされるか否かを判断する。この判断が否定された場合、運転者の眠気レベルは、覚醒レベルであるレベル０と判定される。この判断が肯定された場合、ステップＳ６に移行する。

ステップＳ４に移行した場合、ＣＰＵ１２Ａは、ステップＳ２での制御処理と同じ制御処理により運転者の眠気レベルを更に判定する。すなわち、ＣＰＵ１２Ａは、前述した（１０）式が満たされる状態が一定時間ｔ_ｃ継続するか否か、及び、前述した（１１）式が満たされるか否かを判断する。これらの判断の何れもが否定された場合、ステップＳ５に移行し、これらの判断の何れか一方が肯定された場合、ステップＳ８に移行する。

ステップＳ５に移行した場合、ＣＰＵ１２Ａは、ステップＳ３での制御処理と同じ制御処理により運転者の眠気レベルを更に判定する。すなわち、ＣＰＵ１２Ａは、前述した
（１２）式が満たされるか否かを判断する。この判断が肯定された場合、運転者の眠気レベルは、レベル０よりも二段階深い眠りレベルであるレベル２と判定される。この判断が否定された場合、ステップＳ６に移行する。

ステップＳ６に移行した場合、ＣＰＵ１２Ａは、運転者の平均心拍数ＨＲ_ａが急増したか否かに基づいて運転者の眠気レベルを更に判定する。具体的には、ＣＰＵ１２Ａは、前述した（１３）式が満たされるか否かを判断する。この判断が肯定された場合、運転者の眠気レベルは、レベル０であると判定される。この判断が否定された場合、運転者の眠気レベルは、レベル０よりも一段階深い眠気レベルであるレベル１であると判定される。

ステップＳ７に移行した場合、ＣＰＵ１２Ａは、ステップＳ２での制御処理と同じ制御処理により運転者の眠気レベルを更に判定する。すなわち、ＣＰＵ１２Ａは、前述した（１０）式が満たされる状態が一定時間ｔ_ｃ継続するか否か、及び、前述した（１１）式が満たされるか否かを判断する。これらの判断の何れもが否定された場合、ステップＳ８に移行し、これらの判断の何れか一方が肯定された場合、ステップＳ９に移行する。

ステップＳ８に移行した場合、ＣＰＵ１２Ａは、ステップＳ３での制御処理と同じ制御処理により運転者の眠気レベルを更に判定する。すなわち、ＣＰＵ１２Ａは、前述した
（１２）式が満たされるか否かを判断する。この判断が否定された場合、運転者の眠気レベルは、レベル２と判定される。この判断が肯定された場合、ステップＳ９に移行する。

ステップＳ９に移行した場合、ＣＰＵ１２Ａは、ステップＳ６での制御処理と同じ制御処理により運転者の眠気レベルを更に判定する。すなわち、ＣＰＵ１２Ａは、前述した
（１３）式が満たされるか否かを判断する。この判断が否定された場合、運転者の眠気レベルは、最も深い眠気レベルであるレベル３と判定される。この判断が肯定された場合、運転者の眠気レベルは、レベル２と判定される。

（本実施形態のまとめ）
本実施形態によれば、眠気判定警告装置１２のＣＰＵ１２Ａは、記憶部１２１の機能により、運転者の基底心拍数を取得する。また、ＣＰＵ１２Ａは、心拍数指標算出部１２２の機能により、運転者の瞬時心拍数を取得し、瞬時心拍数の一定時間内の移動平均である平均心拍数を算出する。さらに、ＣＰＵ１２Ａは、眠気判定部１２３の機能により、運転者の基底心拍数と平均心拍数とを比較し、当該比較に基づいて運転者の眠気度合いを判定する。

図５に示されるように、瞬時心拍数は、心電図の波形における山の数に相当するが、この山の数と心臓の収縮の回数とは一致する。一方、心拍間隔は、心電図の波形におけるピークの間隔に対応するが、心臓の収縮との間に時間差があるため、心電図のピーク間隔と心拍間隔とが一致しない場合がある。このため、運転者の心拍情報として瞬時心拍数を取得する場合、心拍間隔を取得する場合と比較して、正しい数値を取得し易い。但し、瞬時心拍数は短いスパンのデータであり、瞬間的な変動の影響を受ける。この影響を避けるため、上記のように平均心拍数を算出する。

また、基底心拍数は、個人特有の深睡眠時の心拍数であり、平常時の平均心拍数と相関がある。この相関関係に基づく比較により運転者の状態を判定することにより、心拍情報の個人毎のばらつきの影響が少なくなる。これにより、判定アルゴリズムにおいて一定の閾値で判定する場合でも、正しく判定を行うことが可能となる。その結果、運転者に対してその眠気度合いに応じて適切に警告を行うことが可能となる。

このように、本実施形態では、正しい数値を取得し易い心拍数を判定に用いるため、心拍情報を取得するためのセンサの低コスト化を図ることができる。しかも、周波数分析などの複雑な解析を行わないため、演算装置であるＣＰＵ１２Ａの低コスト化をも図ることができる。

また、本実施形態では、心拍数指標算出部１２２は、運転者の平均心拍数の単位時間当たりの変化量を算出する。眠気判定部１２３は、基底心拍数と平均心拍数との比較による判定の後、上記変化量が負の値であり且つ基底心拍数の第１係数倍以下である状態が一定時間継続するか否かを判断し、この判断に基づいて運転者の眠気度合いを更に判定する。この判定が追加されることにより、眠気度合いの判定精度を高めることができる。

さらに、本実施形態では、心拍数指標算出部１２２は、運転者の瞬時心拍数の短時間内における移動平均である短時間平均心拍数を算出すると共に、前記短時間平均心拍数から平均心拍数を差し引いて平均心拍数差を算出する。眠気判定部１２３は、基底心拍数と平均心拍数との比較による判定の後、平均心拍数差が負の値であり且つ第１閾値以下であるか否かを判断し、この判断に基づいて運転者の眠気度合いを更に判定する。この判定が追加されることにより、眠気度合いの判定精度を高めることができる。

また、本実施形態では、心拍数指標算出部１２２は、運転者の瞬時心拍数の短時間内における移動平均である短時間平均心拍数を算出すると共に、当該短時間平均心拍数の標準偏差を算出する。眠気判定部１２３は、上記の各判断を否定した場合、上記の標準偏差が基底心拍数の第２係数倍以上か否かに基づいて運転者の眠気度合いを更に判定する。この判定が追加されることにより、眠気度合いの判定精度を高めることができる。

また、本実施形態では、心拍数指標算出部１２２は、運転者の瞬時心拍数の短時間内における移動平均である短時間平均心拍数を算出すると共に、当該短時間平均心拍数から平均心拍数を差し引いて平均心拍数差を算出する。眠気判定部１２３は、平均心拍数差が正の値であり且つ第２閾値以上であるか否かに基づいて運転者の眠気度合いを最終的に判定する。この判定が追加されることにより、眠気度合いの判定精度を高めることができる。

以上のように、本実施形態によれば、運転者（被験者）の心拍情報の取得が容易になり且つ心拍情報の個人毎のばらつきの影響が少なくなる。しかも、心拍数の減少傾向ではなく、心拍数の大きさそのものに着目するため、被験者の眠気が当初から大きく（すなわち被験者の心拍数が当初から低く）、心拍数の減少が生じ難い状態でも、被験者の眠気を適切に判定することができる。具体的には、図４に示される判定処理の最初のステップＳ１において、平均心拍数の大きさによる判定を行うので、被験者の心拍数が当初から低い（すなわち被験者の眠気が当初から大きい）状態でも、被験者の眠気度合いを判定することができ、判定の精度が向上する。また、本実施形態では、前述した（１）～（５）の式の指標を用いて被験者の眠気度合いを判定するため、何れかの指標が変化しないようなケースでも眠気度合いを判定可能となり、判定不能なケースを減少させることができる。

＜実施形態の補足説明＞
上記実施形態では、眠気判定装置としての眠気判定警告装置１２が車両に搭載された構成にしたが、これに限らず、眠気判定装置は、車両から持ち出し可能な携帯端末（スマートフォン、タブレット端末など）であってもよい。

また、上記実施形態において、ＣＰＵ１２Ａがソフトウェア（プログラム）を読み込んで実行した各処理を、ＣＰＵ以外の各種のプロセッサが実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の製造後に回路構成を変更可能なＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）、及びＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。また、各処理を、これらの各種のプロセッサのうちの１つで実行してもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡ、及びＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ等）で実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。

また、上記各実施形態において、プログラムはコンピュータが読み取り可能な非一時的記録媒体に予め記憶（インストール）されている態様で説明した。例えば、眠気判定警告装置１２においてプログラムは、ストレージ１２Ｄに予め記憶されている。しかしこれに限らず、プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリ等の非一時的記録媒体に記録された形態で提供されてもよい。また、各プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。

上記各実施形態で説明した制御処理の流れも、一例であり、主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。

その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことは勿論である。

１２ 眠気判定警告装置（眠気判定装置）
１２Ａ ＣＰＵ（プロセッサ）
１２１ 記憶部（基底心拍数取得部）
１２２ 心拍数指標算出部（心拍数取得部）
１２３ 眠気判定部（判定部）

Claims (11)

1. 被験者の基底心拍数を取得する基底心拍数取得部と、
   前記被験者の瞬時心拍数を取得し、前記瞬時心拍数の一定時間内の移動平均である平均心拍数を算出する心拍数取得部と、
   前記基底心拍数と前記平均心拍数との比較により前記被験者の眠気度合いを判定する判定部と、
   を備える眠気判定装置。
2. 前記心拍数取得部は、前記平均心拍数の単位時間当たりの変化量を算出し、
   前記判定部は、前記比較による判定の後、前記変化量が負の値であり且つ前記基底心拍数の第１係数倍以下である状態が一定時間継続するか否かを判断し、当該判断に基づいて前記眠気度合いを更に判定する請求項１に記載の眠気判定装置。
3. 前記心拍数取得部は、前記一定時間より短い短時間内の前記瞬時心拍数の移動平均である短時間平均心拍数を算出すると共に、前記短時間平均心拍数から前記平均心拍数を差し引いて平均心拍数差を算出し、
   前記判定部は、前記比較による判定の後、前記平均心拍数差が負の値であり且つ第１閾値以下であるか否かを判断し、当該判断に基づいて前記眠気度合いを更に判定する請求項１又は請求項２に記載の眠気判定装置。
4. 前記心拍数取得部は、前記一定時間より短い短時間内の前記瞬時心拍数の移動平均である短時間平均心拍数を算出すると共に、前記短時間平均心拍数の標準偏差を算出し、
   前記判定部は、前記判断を否定した場合、前記標準偏差が前記基底心拍数の第２係数倍以上か否かに基づいて前記眠気度合いを更に判定する請求項２又は請求項３に記載の眠気判定装置。
5. 前記心拍数取得部は、前記一定時間より短い短時間内の前記瞬時心拍数の移動平均である短時間平均心拍数を算出すると共に、前記短時間平均心拍数から前記平均心拍数を差し引いて平均心拍数差を算出し、
   前記判定部は、前記平均心拍数差が正の値であり且つ第２閾値以上であるか否かに基づいて前記眠気度合いを最終的に判定する請求項１～請求項４の何れか１項に記載の眠気判定装置。
6. 被験者の基底心拍数を取得し、
   前記被験者の瞬時心拍数を取得し、前記瞬時心拍数の一定時間内の移動平均である平均心拍数を算出し、
   前記基底心拍数と前記平均心拍数との比較により前記被験者の眠気度合いを判定する眠気判定方法。
7. 前記平均心拍数の単位時間当たりの変化量を算出し、
   前記比較による判定の後、前記変化量が負の値であり且つ前記基底心拍数の第１係数倍以下である状態が一定時間継続するか否かを判断し、当該判断に基づいて前記眠気度合いを更に判定する請求項６に記載の眠気判定方法。
8. 前記一定時間より短い短時間内の前記瞬時心拍数の移動平均である短時間平均心拍数を算出すると共に、前記短時間平均心拍数から前記平均心拍数を差し引いて平均心拍数差を算出し、
   前記比較による判定の後、前記平均心拍数差が負の値であり且つ第１閾値以下であるか否かを判断し、当該判断に基づいて前記眠気度合いを更に判定する請求項６又は請求項７に記載の眠気判定方法。
9. 前記一定時間より短い短時間内の前記瞬時心拍数の移動平均である短時間平均心拍数を算出すると共に、前記短時間平均心拍数の標準偏差を算出し、
   前記判断を否定した場合、前記標準偏差が前記基底心拍数の第２係数倍以上か否かに基づいて前記眠気度合いを更に判定する請求項７又は請求項８に記載の眠気判定方法。
10. 前記一定時間より短い短時間内の前記瞬時心拍数の移動平均である短時間平均心拍数を算出すると共に、前記短時間平均心拍数から前記平均心拍数を差し引いて平均心拍数差を算出し、
    前記平均心拍数差が正の値であり且つ第２閾値以上であるか否かに基づいて前記眠気度合いを最終的に判定する請求項６～請求項９の何れか１項に記載の眠気判定方法。
11. 請求項６～請求項１０の何れか１項に記載の眠気判定方法をプロセッサに実行させる眠気判定プログラム。
    

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