JP2023074523A - 運転者状態判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転中の運転者の自律神経状態の変化が内的要因か、外的要因かを切り分けて判定することができる運転者状態判定装置を提供する。【解決手段】運転者状態判定装置１は、運転者の心拍を検出する拍動センサ３と、周囲の照度値を検出する照度センサ２と、拍動センサ３の検出結果から得られた心拍変動、及び、照度センサ２の検出結果から得られる周囲の明るさの変化に基づいて、運転者の自律神経の状態を判定する演算処理ユニット４とを備える。演算処理ユニット４は、運転者の心拍変動が増加し、かつ周囲の明るさが明条件から暗条件へ変化した後において、暗条件から変化せず、かつ運転者の心拍変動が減少に転じた場合、外的要因により自律神経のうち交感神経が活性化したものと判定する。一方、暗条件から変化せず、かつ運転者の心拍変動が減少に転じていない場合、内的要因により自律神経のうち副交感神経が活性化したものと判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、運転者状態判定装置に関する。

従来、自動車等の運転者の安全運転を支援する目的で、運転者に脳血流センサ、心拍センサ、呼吸センサ等を装着させて運転者の心理状態を解析する手法（例えば、特許文献１参照）や、皮膚電気活動センサを利用して運転者の状態を推定する装置（例えば、特許文献２参照）が提案されている。

特開２０１７－２２５６４７号公報 特開２００９－１７２２９２号公報

ところで、運転者は、経時的な疲労や眠気、または、ストレスや体調不良等により自律神経の状態が変化する。運転中に眠気や体調不良等が生じた場合、安全運転を十分に行うことができないおそれがあることから、自律神経状態の変化を監視することで運転者の状態を推定することが可能である。

しかしながら、自律神経状態の変化は、眠気や体調不良等の内的要因だけでなく、運転者周囲の環境変化等の外的要因により生じる場合がある。例えば、車両がトンネルに入って周囲が暗くなり、自律神経における副交感神経が活性化して眠気が生じても、車両がトンネルを出ると周囲が明るくなって交感神経が活性化し運転者の眠気が解消することがある。従来、運転者の自律神経状態の変化を推定する場合、内的要因が生じたか否かを判定するばかりで、外的要因による自律神経状態の変化については考慮しておらず、運転者の自律神経状態の変化を精度良く判定する点で改善の余地がある。

本発明は、上記課題に鑑みて成されたものであり、運転中の運転者の自律神経状態の変化が内的要因か、外的要因かを切り分けて判定することができる運転者状態判定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る運転者状態判定装置は、車両運転中の運転者の心拍を検出する拍動センサと、前記運転者の周囲の照度値を検出する照度センサと、前記照度センサにより検出した照度値と、予め設定している閾値に基づいて周囲の明るさの変化を判定する照度保持部と、前記拍動センサによる検出結果から得られた心拍変動、及び、前記照度保持部により判定した周囲の明るさの変化に基づいて、前記運転者の自律神経の状態を判定し、判定結果に応じて当該判定結果を出力する演算処理ユニットと、を備え、前記照度保持部は、前記照度センサにより検出した照度値が前記閾値より大きい場合を明条件、前記閾値より小さい場合を暗条件と判定し、前記演算処理ユニットは、前記運転者の心拍変動が増加し、かつ前記明条件から前記暗条件へ変化した後において、前記暗条件から変化せず、かつ前記運転者の心拍変動が減少に転じた場合、外的要因により前記自律神経のうち交感神経が活性化したものと判定し、前記暗条件から変化せず、かつ前記運転者の心拍変動が減少に転じていない場合、内的要因により前記自律神経のうち副交感神経が活性化したものと判定する、ことを特徴とする。

本発明に係る運転者状態判定装置によれば、運転中の運転者の自律神経状態の変化が内的要因か、外的要因かを切り分けて判定することができる、という効果を奏する。

図１は、実施形態に係る運転者状態判定装置の概略構成を示すブロック図である。 図２は、車両に搭載された運転者状態判定装置の一例を示す模式図である。 図３（Ａ）は、運転者状態判定装置で利用する心電波形と心拍間隔の模式図、図３（Ｂ）は、運転者状態判定装置で利用する心拍変動の一例を示す模式図である。 図４は、心拍変動の自己相関性を利用したポアンカレプロットの一例を示す模式図である。 図５（Ａ）は、ポアンカレプロットによるプロットの分散評価の指標の一例を示す模式図、図５（Ｂ）は、ポアンカレプロットによるプロットの集中評価の指標の一例を示す模式図である。 図６は、認知課題中の明条件と暗条件におけるＬ／Ｔ値の変化例を示す模式図である。 図７は、照度変化に対するＬ／Ｔ値の変化の一例を示す模式図である。 図８Ａは、運転者状態判定装置に実行される運転者状態判定処理の一例を示すフローチャート図である（その１）。 図８Ｂは、運転者状態判定装置に実行される運転者状態判定処理の一例を示すフローチャート図である（その２）。

以下に、本発明の実施形態に係る運転者状態判定装置について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態により本発明が限定されるものではない。以下の実施形態における構成要素には、いわゆる当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、以下の実施形態における構成要素は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

［実施形態］
本実施形態における運転者状態判定装置１は、例えば、自動車等の車両に搭載され、拍動センサ及び照度センサを利用し、運転中の運転者の自律神経の状態を判定するものである。自律神経は、一般的に、人体の内臓や血管等の動きをコントロールし、体内環境を整える神経であり、交感神経と副交感神経の２つの神経から成り立っている。交感神経は、「起きているときの神経、緊張しているときの神経」、副交感神経は、「寝ているときの神経、リラックスしているときの神経」を司っている。この２つの神経は、一つの器官に対して互いに相反する働きをする。本実施形態の運転者状態判定装置１は、図１に示すように、照度センサ２と、拍動センサ３と、演算処理ユニット４と、情報報知部５とを含んで構成される。

照度センサ２は、公知の照度センサであり、例えば、図２に示す車両１００内のダッシュボード１０１等に配置され、車両１００の外部を含む運転者の周囲の明るさを検出する。照度センサ２は、例えば、フォトダイオードやフォトトランジスタ等の受光素子（不図示）で構成され、当該受光素子に入射された光を電流値に変換して演算処理ユニット４に出力する。演算処理ユニット４は、照度センサ２から出力された電流値を照度値に変換して保持する。演算処理ユニット４は、例えば、照度値と共に、当該照度値の検出時間（検出時刻）を保持する。

拍動センサ３は、例えば公知の心電センサで構成される。心電センサは、人間等の心臓の電気的な活動状態を取得するものであり、電気生理学的検査に多用されている。拍動センサ３は、運転者の皮膚に直接接触するように、例えば、車両１００内のステアリング１０２等に配置され、車両運転中にステアリング１０２を握る運転者の心電を検出する。拍動センサ３は、人間の心臓の動き（拍動）における一拍毎の時間（心拍間隔）を検出できるものであればよく、時間分解能の高い心拍センサであってもよい。心拍センサは、電波を用いたドップラー効果による非接触検出を行うものであってもよいし、圧電素子による心拍鼓動を検出するものであってもよい。拍動センサ３が心電センサである場合に、当該拍動センサ３から出力される心電波形と心拍間隔の一例を図３の（Ａ）に示す。心電波形は、横軸に時間（秒）、縦軸に電圧（ｍＶ）の大きさを示したものであり、Ｐ波、ＱＲＳ波、Ｔ波の各波で構成される。心拍の拍動は、交感神経と副交感神経の両支配を受けており、自律神経の状態として心拍変動が用いられる。心拍変動は、例えば、図３の（Ａ）に示す心電波形において、最も電圧値が高くなるＲ波の間隔の変動を意味する。このＲ波の間隔をＲＲＩ（Ｒ－Ｒ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）としたとき、当該ＲＲＩは、心臓が一拍動作するのに係る時間（心拍間隔）を示す。連続したＲＲＩをプロットしたものが、図３の（Ｂ）に示す心拍変動である。演算処理ユニット４は、拍動センサ３から出力された電圧値を心拍変動に変換して保持する。

演算処理ユニット４は、拍動センサ３による検出結果から得られた心拍変動、及び、後述する照度保持部１２により判定した周囲の明るさの変化に基づいて、運転者の自律神経の状態を判定し、判定結果に応じて当該判定結果を出力する。演算処理ユニット４は、運転者状態判定装置１における各種処理機能を実現する処理回路（不図示）を有する。処理回路は、例えば、プロセッサによって実現される。プロセッサとは、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の回路を意味する。演算処理ユニット４は、例えば、不図示の記憶回路（記憶部）から読み出したプログラムを実行することにより、各処理機能を実現する。演算処理ユニット４は、心拍変動演算部１０と、心拍ゆらぎ解析部１１と、照度保持部１２と、状態判定部１３と、判定結果保持部１４とを含んで構成される。心拍変動演算部１０、心拍ゆらぎ解析部１１、照度保持部１２、状態判定部１３、及び判定結果保持部１４は、全てがハードウェアで構成されていてもよいし、一部がハードウェアで構成され、他の一部がソフトウェアで構成されていてもよい。

心拍変動演算部１０は、拍動センサ３により検出される心電波形から心拍間隔を読み取り、心拍間隔の変化から心拍変動を算出する。連続した心電波形の場合、続けてＲＲＩを取得することにより、心電を検出している経時時間と、経時時間内の心拍間隔の変化を捉えることができる。心拍変動は、呼吸もしくは血圧変動等の自律神経活動によるゆらぎによって、一定の値を取らないのが正常である。薬物等で自律神経活動を抑え込んだり、ストレスや体調不良等によって自律神経活動が低下するとゆらぎは消失し、一定の値に近づく。心拍変動演算部１０は、心電センサ以外を用いて心拍を算出した場合にも、上記手法に基づき心拍変動を算出する。

心拍ゆらぎ解析部１１は、心拍変動演算部１０で求めた心拍変動より、所定区間における心拍ゆらぎを解析する。解析する手法として、心拍変動の自己相関性を利用したポアンカレプロット（図４参照）を用いる。ポアンカレプロットとは、横軸に、ある時刻のＲＲＩ（ｎ番目）、縦軸に、次の時刻のＲＲＩ（ｎ＋１番目）をプロットしたものである。緊張やストレス等により心拍変動が小さい（ゆらぎが小さい）所定区間ではプロットされる点群は集中し、逆にリラックスして心拍変動が大きい（ゆらぎが大きい）とプロットされる点群は分散する。例えば、基礎疾患を持たない健常者のポアンカレプロットは、直線ＲＲＩ（ｎ＋１）＝ＲＲＩ（ｎ）を長軸とした楕円状に分布する。このとき、点群の集中と分散を評価する方法として、楕円を構成する長軸と短軸方向への分布の標準偏差をそれぞれＬ、ＴとしたときのＬ／Ｔ値を用いる。図５の（Ａ）に示すように、Ｌ／Ｔ値が大きければ、楕円は長軸方向に伸びており、点群は分散する。一方、図５の（Ｂ）に示すように、Ｌ／Ｔ値が小さければ、正円に近づき点群は集中する。そこで、Ｌ／Ｔ値が大きい場合には心拍変動が大きく、Ｌ／Ｔ値が小さい場合には心拍変動が小さくなる。心拍ゆらぎ解析部１１は、算出したＬ／Ｔ値を状態判定部１３に出力する。なお、ポアンカレプロットを用いる場合、ポアンカレプロットを構成する所定区間は、例えば、１分、３分等の任意の時間としているが、照度センサ２が検出した照度値が一定である区間としてもよい。

照度保持部１２は、照度センサ２によって検出された照度値を保持する。また、照度保持部１２は、運転者の車両運転中における時刻、及び、その時刻に照度センサ２により検出された平均照度値を保持する。また、照度保持部１２は、予め設定している閾値と、照度センサ２により検出した照度値に基づいて周囲の明るさを判定する。照度保持部１２は、照度センサ２により検出した照度値が閾値より大きい場合は、周囲の明るさが明るいと判定する(明条件)。一方、照度保持部１２は、照度センサ２により検出した照度値が閾値より小さい場合は、周囲の明るさが暗いと判定する(暗条件)。なお、照度保持部１２は、照度センサ２により検出した照度値と閾値とを比較して同一であると判定した場合、周囲の明るさが変化していないと判定する。照度保持部１２は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成される。

状態判定部１３は、心拍ゆらぎ解析部１１により算出されたＬ／Ｔ値と、照度保持部１２により判定された周囲の明るさとを用いて、運転者の自律神経状態の変化が外的要因によるものか、内的要因によるものかを判定する。また、状態判定部１３は、運転者の自律神経状態の変化が内的要因による場合、ストレスや体調不良によるものか、眠気やリラックスによるものかを判定する。

外的要因による影響、例えば運転者周囲の環境変化のうち照度の明暗による影響は、以下の（１）、（２）の二種類が存在する。
（１）照度変化の直後に生じる自律神経状態の変化：運転者の周囲の照度変化によって自律神経の状態が変化する。一般的に、明るくなると自律神経のうち交感神経が活性化し、暗くなると自律神経のうち副交感神経が活性化する。
（２）照度環境における運転中の自律神経状態の変化：運転中において運転者の周囲が明るいと自律神経のうち副交感神経が活性化し、暗いと自律神経のうち交感神経が活性化する。
上記（１）、（２）は一見相反するが、（１）については単純に周囲の明るさの変化によって生じる人体の反応を示しており、（２）については、車両の運転中という高度な活動状態下において、周囲が明るいと見えやすく、暗いと見えにくくなり、それがストレスとして顕在することを示している。

上記（２）について、認知課題中のＬ／Ｔ値と照度条件の関係を図６に示す。図示のグラフは、横軸に照度条件、縦軸にＬ／Ｔ値を表している。図示のグラフは、二人の被験者Ａ，Ｂが、２つの認知課題、例えば、ディスプレイに表示された画像群から一つだけ異なる画像を見つける探索課題と、数字を読み上げていき２つ前の数字を口頭で答える２－ｂａｃｋ課題とを同時に行ったときの照度条件に対するＬ／Ｔ値の変化を表す。明条件と比較して暗条件では、いずれの被験者Ａ，ＢもＬ／Ｔ値が減少しており、ストレスや緊張等の内的要因による交感神経の活性が起きているものと推定される。つまり、運転者の周囲が明るいと副交感神経が活性化し、暗いと交換神経が活性化する。また、個人差によってＬ／Ｔ値の絶対値は異なるが、Ｌ／Ｔ値の減少度合は略同一であることから、運転者が運転する度にＬ／Ｔ値を保存し蓄積することで、相対的な比較をすることなくＬ／Ｔ値が減少したか否かを判定することができる。

上記（１）について、照度環境の変化に対するＬ／Ｔ値の変化を図７に示す。なお、図示例では、運転時にかかる運転者のストレスや苛立ち、眠気等の影響を無視したものである。図７に示す区間Ａ（明条件）から区間Ｂ（暗条件）に照度環境が変化するときには、暗くなるという変化に対して運転者の自律神経のうち副交感神経が活性化し、その後、区間Ｂでは暗条件が継続するので、自律神経のうち交感神経が活性化する。一方、図７に示す区間Ｂ（暗条件）から区間Ｃ（明条件）に照度環境が変化すると、明るくなるという変化に対して運転者の自律神経のうち交感神経が活性化し、その後、区間Ｃでは明条件が継続するので、自律神経のうち副交感神経が活性化する。

判定結果保持部１４は、状態判定部１３で判定した運転者の自律神経の状態を判定した判定結果に対応する情報の保持を行なう。判定結果保持部１４は、例えば、運転者の日常の運転時に取得されるＬ／Ｔ値の平均値、分散値と、上述した閾値を保持するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、運転当日に取得されるＬ／Ｔ値と照度値を予め指定した所定区間ごとに保持するＲＡＭとで構成される。

情報報知部５は、演算処理ユニット４による判定結果に基づいて、運転者を含む報知対象に対して報知情報を報知する。情報報知部５は、演算処理ユニット４の状態判定部１３から判定結果が入力されると、報知対象である運転者に対して警告等を行い、運転者の安全運転を支援する。報知情報は、運転者に対する注意喚起や警告を行うものである。報知対象は、原則として運転者であるが、運転者以外のものであってもよい。情報報知部５は、予め車両に搭載されている装置（例えば、ナビゲーションモニタ等）を利用するものであってもよいし、車両に追加されるものであってもよい。情報報知部５は、例えば音や音声を出力する音声出力装置であり、運転者に向けて警告音等を発生するものであってもよい。また、情報報知部５は、例えば文字やアイコン等を表示するメータディスプレイ、ナビゲーションモニタやヘッドアップディスプレイ等であり、運転者に向けて警告表示を行うものであってもよい。また、情報報知部５は、シート等に配置され、振動を発生する装置であってもよく、着座した状態の運転者に対して振動による警告を行うものであってもよい。また、情報報知部５は、原則として、運転者に対して報知情報を報知するが、単独で車外通信機能により外部装置に報知情報の報知する構成であってもよいし、運転者及び外部の両者への報知を同時に行う構成であってもよい。ここで外部装置は、運転者または運転者以外の者（例えば家族）が所有するスマートフォン等を含む携帯端末であってもよい。

次に、演算処理ユニット４にて実行される運転者状態判定のアルゴリズムについて図８Ａ、図８Ｂを参照して説明する。

図８Ａにおいて、ステップＳ１では、状態判定部１３は、心拍ゆらぎ解析部１１で算出された複数のＬ／Ｔ値のうち、前後する所定区間に対応するＬ／Ｔ値を比較する。

ステップＳ２では、状態判定部１３は、ステップＳ１で比較した結果からＬ／Ｔ値が増加したか否かを判定する。この判定の結果、Ｌ／Ｔ値が増加した場合は、ステップＳ３へ進む一方、Ｌ／Ｔ値が増加していない場合、図８ＢのステップＳ２０へ進む。

ステップＳ３では、照度保持部１２は、照度センサ２により検出した照度値と、予め設定された閾値とに基づいて周囲の明るさの変化を判定する。照度保持部１２は、照度センサ２により検出した照度値が閾値より大きい場合を明条件、閾値より小さい場合を暗条件と判定する。なお、照度センサ２により検出した照度値と閾値とが同一であった場合、例えば、照度保持部１２が保持している複数の照度値から検出時間が異なる照度値を抽出して、当該照度値と閾値とを比較するように構成してもよい。検出時間が異なる照度値は、例えば、閾値と同一であった照度値の検出時間に対して、前の検出時間の照度値、または、後の検出時間の照度値としてもよい。

ステップＳ４では、状態判定部１３は、ステップＳ３での判定結果から、周囲の明るさが明条件→暗条件に変化したか否かを判定する。この判定の結果、明条件→暗条件に変化した場合、ステップＳ５へ進む一方、明条件→暗条件に変化していない場合、ステップＳ１２へ進む。

ステップＳ５では、状態判定部１３は、Ｌ／Ｔ値が増加し、かつ明条件→暗条件に変化した場合、環境変化、すなわち外的要因により自律神経状態の変化が生じた可能性があると判定する。この自律神経状態の変化は、例えば、上記（１）で説明したように、暗くなるという変化に対して運転者の自律神経のうち副交感神経が活性化したものと推定される。

ステップＳ６では、状態判定部１３は、フラグをＯＮする。

ステップＳ７では、状態判定部１３は、心拍ゆらぎ解析部１１で算出された複数のＬ／Ｔ値のうち、フラグＯＮ後の３つの所定区間に対応するＬ／Ｔ値を比較する。

ステップＳ８では、照度保持部１２は、照度センサ２により検出した照度値と、予め設定された閾値とに基づいて周囲の明るさの変化を判定する。照度保持部１２は、照度センサ２により検出した照度値が閾値より大きい場合を明条件、閾値より小さい場合を暗条件と判定する。なお、照度センサ２により検出した照度値と閾値とが同一であった場合、ステップＳ３と同様とする。ステップＳ８の判定の結果、暗条件から変化しなかった場合、ステップＳ９へ進む一方、周囲の明るさが暗条件から明条件に変化した場合は、状態判定部１３はフラグをリセットして（ステップＳ１３）、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ９では、状態判定部１３は、ステップＳ７で比較した結果からＬ／Ｔ値が減少に転じたか否かを判定し、Ｌ／Ｔ値が減少に転じた場合、フラグをリセットして（ステップＳ１０）、ステップＳ１１へ進む。一方、Ｌ／Ｔ値が減少に転じていない場合、状態判定部１３は、フラグをリセットして（ステップＳ１４）、ステップＳ１５へ進む。

ステップＳ１１では、状態判定部１３は、Ｌ／Ｔ値が増加し、かつ周囲の明るさが明条件→暗条件に変化した後において、暗条件から変化せず、かつＬ／Ｔ値が減少に転じた場合、外的要因により自律神経のうち交感神経が活性化したものと判定し、ステップＳ１へ戻る。

ステップＳ１２では、状態判定部１３は、Ｌ／Ｔ値が増加し、かつ周囲の明るさが明条件→暗条件に変化していない場合、内的要因、例えばリラックス等が要因となり、運転者の自律神経状態の変化が生じた可能性があると判定し、ステップＳ１へ戻る。

ステップＳ１５では、状態判定部１３は、Ｌ／Ｔ値が増加し、かつ周囲の明るさが明条件→暗条件に変化した後において、暗条件から変化せず、かつＬ／Ｔ値が減少に転じていない場合、内的要因により、運転者の自律神経のうち交感神経が活性化したものと判定し、ステップＳ１へ戻る。言い換えると、状態判定部１３は、Ｌ／Ｔ値が増加し、かつ明条件から暗条件に変化した後において、暗条件から変化せず、かつＬ／Ｔ値が減少に転じていない場合、内的要因により自律神経状態の変化が生じたものと判定する。

図８Ｂにおいて、ステップＳ２０では、状態判定部１３は、図８ＡのステップＳ１で比較した結果からＬ／Ｔ値が減少したか否かを判定する。この判定の結果、Ｌ／Ｔ値が減少した場合は、ステップＳ２１へ進む一方、Ｌ／Ｔ値が減少していない場合、図８ＡのステップＳ１へ戻る。

ステップＳ２１では、照度保持部１２は、照度センサ２により検出した照度値と、予め設定された閾値とに基づいて周囲の明るさの変化を判定する。照度保持部１２は、照度センサ２により検出した照度値が閾値より大きい場合を明条件、閾値より小さい場合を暗条件と判定する。なお、照度センサ２により検出した照度値と閾値とが同一であった場合、ステップＳ３と同様とする。

ステップＳ２２では、状態判定部１３は、ステップＳ２１での判定結果から、周囲の明るさが暗条件→明条件に変化したか否かを判定する。この判定の結果、暗条件→明条件に変化した場合、ステップＳ２３へ進む一方、暗条件→明条件に変化していない場合、ステップＳ３０へ進む。

ステップＳ２３では、状態判定部１３は、Ｌ／Ｔ値が減少し、かつ暗条件→明条件に変化した場合、環境変化、すなわち外的要因により自律神経状態の変化が生じた可能性があると判定する。この自律神経状態の変化は、例えば、上記（１）で説明したように、明るくなるという変化に対して運転者の自律神経のうち交感神経が活性化したものと推定される。

ステップＳ２４では、状態判定部１３は、フラグをＯＮする。

ステップＳ２５では、状態判定部１３は、心拍ゆらぎ解析部１１で算出された複数のＬ／Ｔ値のうち、フラグＯＮ後の３つの所定区間に対応するＬ／Ｔ値を比較する。

ステップＳ２６では、照度保持部１２は、照度センサ２により検出した照度値と、予め設定された閾値とに基づいて周囲の明るさの変化を判定する。照度保持部１２は、照度センサ２により検出した照度値が閾値より大きい場合を明条件、閾値より小さい場合を暗条件と判定する。なお、照度センサ２により検出した照度値と閾値とが同一であった場合、ステップＳ３と同様とする。ステップＳ２６の判定の結果、明条件から変化しなかった場合は、ステップＳ２７へ進む一方、周囲の明るさが明条件から暗条件に変化した場合、状態判定部１３はフラグをリセットして（ステップＳ３１）、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ２７では、状態判定部１３は、ステップＳ２５で比較した結果からＬ／Ｔ値が増加に転じたか否かを判定し、Ｌ／Ｔ値が増加に転じた場合、フラグをリセットして（ステップＳ２８）、ステップＳ２９へ進む。一方、Ｌ／Ｔ値が増加に転じていない場合、状態判定部１３は、フラグをリセットして（ステップＳ３２）、ステップＳ３３へ進む。

ステップＳ２９では、状態判定部１３は、Ｌ／Ｔ値が減少し、かつ周囲の明るさが暗条件→明条件に変化した後において、明条件から変化せず、かつＬ／Ｔ値が増加に転じた場合、外的要因により自律神経のうち副交感神経が活性化したものと判定し、ステップＳ１へ戻る。

ステップＳ３０では、状態判定部１３は、Ｌ／Ｔ値が減少し、かつ周囲の明るさが暗条件→明条件に変化していない場合、内的要因、例えばストレスや体調不良等が要因となり、運転者の自律神経状態の変化が生じた可能性があると判定する。

ステップＳ３３では、状態判定部１３は、Ｌ／Ｔ値が減少し、かつ周囲の明るさが暗条件→明条件に変化した後において、明条件から変化せず、かつＬ／Ｔ値が増加に転じていない場合、内的要因により、運転者の自律神経のうち交感神経が活性化したものと判定し、ステップＳ３４へ進む。言い換えると、状態判定部１３は、Ｌ／Ｔ値が減少し、かつ暗条件→明条件に変化した後において、明条件から変化せず、かつＬ／Ｔ値が増加に転じていない場合、内的要因により自律神経状態の変化が生じたものと判定する。

ステップＳ３４では、状態判定部１３は、ステップＳ３３の判定結果に基づいて、情報報知部５に対して当該判定結果に対応する報知情報を出力し、当該報知情報を情報報知部５により報知させて、図８ＡのステップＳ１へ戻る。報知情報は、情報報知部５が車両１００に搭載されたディスプレイである場合、例えば、運転者に対して停車して休憩するように促す表示情報となる。本実施形態における内的要因は、リラックス等である場合と、ストレスや体調不良等である場合とで分けられているが、報知情報は同一の内容であってもよいし、互いに異なる内容であってもよい。

本実施形態では、外的要因による自律神経状態の変化であれば、その後、Ｌ／Ｔ値の傾向が（増加→減少または減少→増加）逆転するため、変化の起点時にフラグを立て（ＯＮ）、フラグＯＮ後の３つの所定区間に対応するＬ／Ｔ値を比較する。その比較結果から、Ｌ／Ｔ値の変化が当初傾向より逆転すれば、外的要因による自律神経状態の変化と判定し、そうでなければ内的要因による自律神経状態の変化と判定する。一方、フラグＯＮ後の３つの所定区間に対応するＬ／Ｔ値を比較した後、周囲の明るさが変化していない場合、フラグをリセットしてステップＳ１へ戻る。

以上説明したように、本実施形態に係る運転者状態判定装置１は、運転中の運転者の心拍を検出する拍動センサ３と、運転者周囲の照度値を検出する照度センサ２と、拍動センサ３の検出結果から得られた心拍変動、及び、照度保持部１２により判定した周囲の明るさの変化に基づいて、運転者の自律神経の状態を判定する演算処理ユニット４とを備える。演算処理ユニット４は、運転者の心拍変動が増加し、かつ周囲の明るさが明条件から暗条件へ変化した後において、暗条件から変化せず、かつ運転者の心拍変動が減少に転じた場合、外的要因により自律神経のうち交感神経が活性化したものと判定する。一方、暗条件から変化せず、かつ運転者の心拍変動が減少に転じていない場合、内的要因により自律神経のうち副交感神経が活性化したものと判定する。

上記構成により、Ｌ／Ｔ値が増加し、かつ照度値が減少（明条件→暗条件）すると、環境変化すなわち外的要因により自律神経状態の変化が生じることから、当該条件に該当するか否かを判定することで、外的要因による運転者の自律神経状態の変化を精度良く判定することができる。また、Ｌ／Ｔ値が増加し、かつ照度値が変化せず、または、増加（暗条件→明条件）すると、リラックス等の内的要因により自律神経状態の変化が生じることから、当該条件に該当するか否かを判定することで、内的要因による運転者の自律神経状態の変化を精度良く判定することができる。つまり、運転者の自律神経状態の変化が外的要因なのか、内的要因なのかを切り分けて精度よく判定することができる。また、演算処理ユニット４を車両１００に搭載されたＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）に適用し拍動センサを追加するだけで装置を構成することができ、高スペックのＥＣＵを使うことなく、コストアップを抑制することができる。また、ウエアラブル端末に搭載された心拍センサ等を利用することも可能であり、当該端末を利用することで運転者が身体にセンサを装着する煩わしさを解消することができる。

また、運転者状態判定装置１は、運転者のＬ／Ｔ値が減少し、かつ照度値が増加（暗条件→明条件）した後において、照度値が変化せず（明条件→明条件）、かつ運転者のＬ／Ｔ値が増加に転じた場合、外的要因により自律神経のうち副交感神経が活性化したものと判定する。これにより、運転者の自律神経状態の変化が外的要因により生じたものと容易に判定することができる。

また、運転者状態判定装置１は、運転者のＬ／Ｔ値が減少し、かつ照度値が増加（暗条件→明条件）した後において、照度値が変化せず（明条件→明条件）、かつ運転者のＬ／値が増加に転じていない場合、内的要因により自律神経のうち交感神経が活性化したものと判定する。これにより、運転者の自律神経状態の変化が内的要因により生じたものと容易に判定することができる。

また、運転者状態判定装置１は、演算処理ユニット４による判定結果に基づいて、運転者を含む報知対象に対して報知情報を報知する情報報知部５をさらに備える。演算処理ユニット４は、内的要因により自律神経状態が変化したと判定した場合、判定結果に対応する報知情報を情報報知部５により報知させる。これにより、運転者の自律神経状態の変化がストレス、体調不良等の内的要因によるものと推定され、情報報知部５が運転者に対して停車して休憩するように促す報知を行うことで、運転者の安全運転を効果的に支援することができる。

また、運転者状態判定装置１は、演算処理ユニット４が、外的要因による自律神経状態の変化であると判定した場合、情報報知部５による報知を行わない。これにより、例えばトンネルの出入りによる自律神経状態の変化で運転者への報知が行われず、運転者の煩わしさを抑制することができる。運転者にとっては、内的要因による自律神経状態の変化が知りたいためである。

［変形例］
上記実施形態では、運転者の自律神経状態の変化をポアンカレプロットのＬ／Ｔ値を基に判定しているが、心拍間隔の標準偏差（ＳＤＮＮ）や連続した心拍間隔の差の二乗平均平方根（ＲＭＳＳＤ）等を利用した時間領域解析手法、他の方法と併用する方法であってもよい。これにより、運転者の自律神経状態の変化をより精度よく判定することができる。

また、上記実施形態では、車両に対して照度センサ２を配置する構成であるが、車両周囲の明るさに応じて自動的にヘッドライトを点灯／消灯させるオートライト機能を構成する照度センサを用いて照度値を取得する構成であってもよい。この場合、新たに照度センサを設ける必要がなく、コストアップを抑制することができる。

また、上記実施形態では、図８ＡのステップＳ１２及び図８ＢのステップＳ３０では、状態判定部１３が、内的要因による運転者の自律神経状態の変化が生じた可能性があると判定し、そのままステップＳ１に戻っているが、これに限定されるものではない。例えば、状態判定部１３は、ステップＳ１２及びステップＳ３０での可能性の判定結果を累積保持しておき、判定要素に加えてもよい。例えば、上記可能性があると判定した回数をカウントしておき、その累積回数が閾値を超過したときには、内的要因による運転者の自律神経状態の変化として判定する。

また、上記実施形態では、図８ＡのステップＳ７、図８ＢのステップＳ２５において、状態判定部１３は、心拍ゆらぎ解析部１１で算出された複数のＬ／Ｔ値のうち、フラグＯＮ後の３つの所定区間に対応するＬ／Ｔ値を比較しているが、これに限定されるものではない。Ｌ／Ｔ値の変化を確認する所定区間は、３つだけはなく、３つ以外の任意の区間数としてもよい。また、図８ＡのステップＳ３，Ｓ８、図８ＢのステップＳ２１，Ｓ２６では、照度保持部１２は、照度センサ２により検出した照度値と、予め設定された閾値とに基づいて周囲の明るさの変化を判定しているが、これに限定されるものではない。例えば、ステップＳ３，Ｓ２１では、状態判定部１３が、ステップＳ１で比較した所定区間と同一区間の照度値を比較する構成であってもよい。この場合、状態判定部１３は、照度保持部１２より、同一区間に対応する時刻の平均照度値をそれぞれ読み出す。また、ステップＳ８，Ｓ２６では、状態判定部１３が、ステップＳ７で比較した３つの所定区間と同一区間の照度値を比較し、照度値が変化したか否かを判定する構成であってもよい。この場合、状態判定部１３は、照度保持部１２より、同一区間に対応する時刻の平均照度値をそれぞれ読み出す。

また、上記実施形態では、心拍ゆらぎを解析する手段としては、心拍の時系列変化を波とみなし、それを周波数領域解析する手法もあるが、本発明については適さないと考える。その理由は、解析に用いる離散フーリエ変換が一定数以上のデータを必要とするため、１分などの短い時間の解析には適していないためである。照度の変化は、昼・夕・夜等の時間変化だけでなく、トンネルなどの一時的な変化でも起こるため、その変化を捉えるためには短い区間での解析が必要となる。

また、上記実施形態では、本発明を運転者状態判定装置１に適用した場合について説明したが、運転者状態判定システムに適用しても、上述した効果を得ることが可能である。

また、上記実施形態では、演算処理ユニット４は、単一のプロセッサによって各処理機能が実現されるものとして説明したがこれに限らない。演算処理ユニット４は、複数の独立したプロセッサを組み合わせて各プロセッサがプログラムを実行することにより各処理機能が実現されてもよい。また、演算処理ユニット４が有する処理機能は、単一又は複数の処理回路に適宜に分散又は統合されて実現されてもよい。また、演算処理ユニット４が有する処理機能は、その全部又は任意の一部をプログラムにて実現してもよく、また、ワイヤードロジック等によるハードウェアとして実現してもよい。

また、上記実施形態では、運転者状態判定装置１は、自動車等の車両に適用されているが、これに限定されず、例えば車両以外の船舶や航空機等に適用してもよい。

以上で説明したプロセッサによって実行されるプログラムは、記憶回路等に予め組み込まれて提供される。なお、このプログラムは、これらの装置にインストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルで、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記録されて提供されてもよい。また、このプログラムは、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納され、ネットワーク経由でダウンロードされることにより提供又は配布されてもよい。

１ 運転者状態判定装置
２ 照度センサ
３ 拍動センサ
４ 演算処理ユニット
５ 情報報知部
１０ 心拍変動演算部
１１ 心拍ゆらぎ解析部
１２ 照度保持部
１３ 状態判定部
１４ 判定結果保持部
１００ 車両

Claims (3)

1. 車両運転中の運転者の心拍を検出する拍動センサと、
   前記運転者の周囲の照度値を検出する照度センサと、
   前記照度センサにより検出した照度値と、予め設定している閾値に基づいて周囲の明るさの変化を判定する照度保持部と、
   前記拍動センサによる検出結果から得られた心拍変動、及び、前記照度保持部により判定した周囲の明るさの変化に基づいて、前記運転者の自律神経の状態を判定し、判定結果に応じて当該判定結果を出力する演算処理ユニットと、を備え、
   前記照度保持部は、前記照度センサにより検出した照度値が前記閾値より大きい場合を明条件、前記閾値より小さい場合を暗条件と判定し、
   前記演算処理ユニットは、
   前記運転者の心拍変動が増加し、かつ前記明条件から前記暗条件へ変化した後において、
   前記暗条件から変化せず、かつ前記運転者の心拍変動が減少に転じた場合、外的要因により前記自律神経のうち交感神経が活性化したものと判定し、
   前記暗条件から変化せず、かつ前記運転者の心拍変動が減少に転じていない場合、内的要因により前記自律神経のうち副交感神経が活性化したものと判定する、
   ことを特徴とする運転者状態判定装置。
2. 前記演算処理ユニットは、
   前記運転者の心拍変動が減少し、かつ前記暗条件から前記明条件へ変化した後において、
   前記明条件から変化せず、かつ前記運転者の心拍変動が増加に転じた場合、前記外的要因により前記自律神経のうち交感神経が活性化したものと判定し、
   前記明条件から変化せず、かつ前記運転者の心拍変動が増加に転じていない場合、前記内的要因により前記自律神経のうち交感神経が活性化したものと判定する、
   請求項１に記載の運転者状態判定装置。
3. 前記演算処理ユニットによる判定結果に基づいて、前記運転者を含む報知対象に対して報知情報を報知する情報報知部をさらに備え、
   前記演算処理ユニットは、
   前記内的要因により自律神経が活性化したものと判定した場合、判定結果に対応する報知情報を前記情報報知部により報知させる、
   請求項１または２に記載の運転者状態判定装置。

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