JP4697185B2 - 覚醒度判定装置及び覚醒度判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、覚醒度判定装置及び覚醒度判定方法に関する。

従来から、人の覚醒度を検知するための技術が考案されている。このような技術として、人の眼球部を撮像し、その撮像画像から眼球部の瞳孔領域を抽出するとともに、抽出した瞳孔の形状変化に基づいて、瞬きの時間および頻度が所定値以上であると認められた場合に覚醒度が低下していると判断する技術が特許文献１に記載されている。
特開平６−２７０７１１号公報

しかしながら、上記技術では、瞬きの時間や頻度から覚醒状態を判断しているため、覚醒度が大きく低下しなければ（すなわち、眠気がかなり強くなければ）、覚醒度が低下していることを検知することができない。そのため、活動中の人の弱い眠気を検出することができる技術が望まれていた。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、活動中の人の弱い眠気をより確実に検知することができる覚醒度判定装置及び覚醒度判定方法を提供することを目的とする。

本発明に係る覚醒度判定装置は、活動中の人の生体信号を取得する信号取得手段と、信号取得手段により取得された生体信号から、眠気に抗する状態の強さを示す生理指標を取得する指標取得手段と、指標取得手段により取得された生理指標に基づいて、人の覚醒度を判定する判定手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る覚醒度判定方法は、活動中の人の生体信号を取得する信号取得ステップと、信号取得ステップで取得された生体信号から、眠気に抗する状態の強さを示す生理指標を取得する指標取得ステップと、指標取得ステップで取得された生理指標に基づいて、人の覚醒度を判定する判定ステップとを備えることを特徴とする。

通常、人が活動しているときの眠気は、活動の妨げとなるため好ましくないものである。そのため、それがたとえ弱い眠気であったとしても、身体が眠気に抗する状態、すなわち身体が眠気と闘う状態が生じ、身体が活性化する。本発明に係る覚醒度判定装置又は覚醒度判定方法によれば、活動中の人の生体信号から眠気に抗する状態の強さを示す生理指標が取得され、該生理指標に基づいて覚醒度が判定されるため、活動中の人の弱い眠気（覚醒度の低下）をより確実に検知することが可能となる。

本発明に係る覚醒度判定装置および覚醒度判定方法では、上記生理指標として交感神経活動と相関を有するものを用いることが好ましい。

上述したように、活動中の眠気は好ましくないものである。そのため、眠気に抗している状態は、活動中の人にとってストレスがかかっている状態であり、その結果、このような状態では交感神経系の活動が活発化する。本発明に係る覚醒度判定装置又は覚醒度判定方法によれば、覚醒度を判定する生理指標として交感神経活動と相関を有するものが用いられるため、交感神経活動の状態、すなわち眠気に抗している状態をより確実に検知することが可能となる。

特に、上記生体信号として心拍信号を用い、上記生理指標として心拍信号から取得された心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーを用いることが好適である。

心拍信号から取得される心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーは交感神経活動と相関があるため、覚醒度を判定する生理指標として心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーを用いることにより、交感神経活動の状態、すなわち眠気に抗している状態を適切に検知することが可能となる。

本発明に係る覚醒度判定装置では、上記判定手段が、心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが所定値よりも大きい場合に、覚醒度が低下していると判定することが好ましい。

また、本発明に係る覚醒度判定方法では、上記判定ステップにおいて、心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが所定値よりも大きい場合に、覚醒度が低下していると判定することが好ましい。

上述したように、心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーは交感神経活動と相関があり、また、その大きさは交感神経活動の活発さ、すなわち眠気に抗している程度の大きさと相関がある。よって、覚醒度が低下して、眠気に抗している程度が大きくなるほど、交感神経活動が活発化して心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが増大する。本発明に係る覚醒度判定装置又は覚醒度判定方法によれば、心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが所定値よりも大きい場合に、覚醒度が低下していると判定されるため、誤検知を防止しつつ、覚醒度が低下している状態を確実に検知することが可能となる。

本発明に係る覚醒度判定装置では、上記判定手段が、心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが大きい場合には小さい場合と比較して、覚醒度がより低下していると判定することが好ましい。

また、本発明に係る覚醒度判定方法では、上記判定ステップにおいて、心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが大きい場合には小さい場合と比較して、覚醒度がより低下していると判定することが好ましい。

上述したように、覚醒度が低下して、眠気に抗している程度が大きくなるほど、交感神経活動が活発化して心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが増大する。本発明に係る覚醒度判定装置又は覚醒度判定方法によれば、心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが大きい場合には小さい場合と比較して覚醒度がより低下していると判定されるため、覚醒度の低下の大きさを判定することが可能となる。

本発明に係る覚醒度判定装置は、人に覚醒度を上昇させる刺激を与える刺激付与手段と、刺激を与えるタイミングを設定するタイミング設定手段とをさらに備え、タイミング設定手段が、眠気に抗する状態の強さを示す生理指標に基づいて、刺激を与えるタイミングを設定することが好ましい。

また、本発明に係る覚醒度判定方法は、人に覚醒度を上昇させる刺激を与える刺激付与ステップと、刺激を与えるタイミングを設定するタイミング設定ステップとをさらに備え、タイミング設定ステップにおいて、眠気に抗する状態の強さを示す生理指標に基づいて、刺激を与えるタイミングを設定することが好ましい。

覚醒度を上昇させる刺激を与える適切なタイミングは、眠気に抗している人が刺激を欲するタイミングと一致するか若しくはそのタイミングよりも若干前であることが好ましい。ここで、眠気に抗している人が刺激を欲するタイミングは、眠気に抗する状態の強さと相関がある。本発明に係る覚醒度判定装置又は覚醒度判定方法によれば、眠気に抗する状態の強さを示す生理指標に基づいて刺激を与えるタイミングが設定されるため、適切なタイミングで刺激を与えることが可能となる。

本発明に係る覚醒度判定装置は、人に覚醒度を上昇させる刺激を与える刺激付与手段と、刺激を与えるタイミングを設定するタイミング設定手段とをさらに備え、タイミング設定手段が、心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが所定値よりも大きくなったときから所定時間経過するまでの間に刺激を与えるタイミングを設定することが好ましい。

また、本発明に係る覚醒度判定方法は、人に覚醒度を上昇させる刺激を与える刺激付与ステップと、刺激を与えるタイミングを設定するタイミング設定ステップとをさらに備え、タイミング設定ステップにおいて、心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが所定値よりも大きくなったときから所定時間経過するまでの間に刺激を与えるタイミングを設定することが好ましい。

この場合、心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが所定値よりも大きくなったときから所定時間経過するまでの間、すなわち覚醒度が低下して、眠気に抗している程度が大きくなったときに刺激が与えられるため、適切なタイミングで刺激を与えることができる。

本発明に係る覚醒度判定装置は、人に覚醒度を上昇させる刺激を与える刺激付与手段と、刺激を与えるタイミングを設定するタイミング設定手段とをさらに備え、タイミング設定手段が、心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが所定値を越えた後、直近の極小値をとるまでの間に刺激を与えるタイミングを設定することが好ましい。

また、本発明に係る覚醒度判定方法は、人に覚醒度を上昇させる刺激を与える刺激付与ステップと、刺激を与えるタイミングを設定するタイミング設定ステップとをさらに備え、タイミング設定ステップにおいて、心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが所定値を越えた後、直近の極小値をとるまでの間に刺激を与えるタイミングを設定することが好ましい。

この場合、心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが所定値を越えた後、直近の極小値をとるまでの間、すなわち活動中の人が眠気に抗しているときに刺激が与えられるため、適切なタイミングで刺激を与えることができる。

本発明に係る覚醒度判定装置および覚醒度判定方法では、上記生理指標として、交感神経活動と相関を有するもの、及び副交感活動と相関を有するものを用いることが好ましい。

上述したように、眠気に抗している状態では、交感神経系の活動が活発化する。その際、副交感神経系の活動は、通常、低下する。しかしながら、例外的なケースとして、交感神経系の活動の増加と同時に、副交感神経系の活動も増加する場合がある。本発明に係る覚醒度判定装置または覚醒度判定方法によれば、交感神経活動と相関を有する生理指標に加えて、副交感神経活動と相関を有する生理指標をさらに考慮するため、上述した例外的なケースを除外し、真に眠気に抗している状態を精度よく検知することが可能となる。

特に、上記生体信号として、心拍信号を用い、上記生理指標として、心拍信号から取得された心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワー、及び心拍ゆらぎ高周波成分の振幅スペクトルパワーを用いることが好適である。

心拍信号から取得される心拍ゆらぎ高周波成分の振幅スペクトルパワーは副交感神経活動と相関があるため、生理指標として心拍ゆらぎ高周波成分の振幅スペクトルパワーをさらに用いることにより、上述した例外的なケースを除外することが可能となる。

本発明に係る覚醒度判定装置では、上記判定手段が、心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが、心拍ゆらぎ高周波成分の振幅スペクトルパワーよりも大きい場合に、覚醒度が低下しているか否かを判定することが好ましい。

また、本発明に係る覚醒度判定方法では、上記判定ステップにおいて、心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが、心拍ゆらぎ高周波成分の振幅スペクトルパワーよりも大きい場合に、覚醒度が低下しているか否かを判定することが好ましい。

この場合、心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが心拍ゆらぎ高周波成分の振幅スペクトルパワーよりも大きい場合に、覚醒度が低下しているか否かが判定されるため、上述した例外的なケースを適切に除外することができる。そのため、真に眠気に抗している状態のみを精度よく検知することが可能となる。

本発明に係る覚醒度判定装置は、人の覚醒度が低下しているか否かを判定するためのしきい値を設定するしきい値設定手段を備え、上記判定手段が、心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが該しきい値よりも大きい場合に、覚醒度が低下していると判定することが好ましい。

また、本発明に係る覚醒度判定方法は、人の覚醒度が低下しているか否かを判定するためのしきい値を設定するしきい値設定ステップを備え、上記判定ステップにおいて、心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが該しきい値よりも大きい場合に、覚醒度が低下していると判定することが好ましい。

覚醒度が低下しているか否かを判定するためのしきい値は、例えば、個人差や、同一の人であってもその日の体調変化などによって変更することが好ましい。この場合、しきい値設定手段またはしきい値設定ステップでしきい値が設定される。そして、心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが該しきい値よりも大きい場合に覚醒度が低下していると判定される。そのため、各人の特性に合わせて眠気検出を行うことができ、眠気検知の精度を向上させることが可能となる。

本発明に係る覚醒度判定装置では、しきい値設定手段が、心拍信号、及び心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーに基づいて、しきい値を設定することが好ましい。

また、本発明に係る覚醒度判定方法では、しきい値設定ステップにおいて、心拍信号、及び心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーに基づいて、しきい値を設定することが好ましい。

このように心拍信号及び心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーに基づいてしきい値を設定することにより、各人の生理特性に応じてしきい値を設定することが可能となる。

本発明によれば、活動中の人の生体信号から眠気に抗する状態の強さを示す生理指標を取得するとともに、該生理指標に基づいて覚醒度を判定する構成としたので、活動中の人の弱い眠気をより確実に検知することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。

［第１実施形態］
まず、図１を用いて、第１実施形態に係る覚醒度判定装置１の全体構成について説明する。図１は、覚醒度判定装置１の全体構成を示すブロック図である。以下、覚醒度判定装置１を車両に搭載し、車両の運転者の覚醒度低下を検知する場合を例にして説明する。

覚醒度判定装置１は、運転者から得られた心拍信号に基づいて運転者の覚醒度が低下しているか否かを検知し、検知結果を運転者に提示したり、覚醒度を上昇させる刺激を与えるものである。そのために、覚醒度判定装置１は、心拍センサ１０、電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）２０を備えており、ＥＣＵ２０に心拍信号前処理部２１、特徴量抽出部２２、眠気検知部２３、眠気発生通知部２４、刺激タイミング設定部２５、眠気除去刺激出力部２６が構成されている。

心拍センサ１０は、心筋収縮時に発生するパルス状の電圧（心電位）を検出する電位式心拍センサであり、運転者の心拍信号を取得するものである。心拍センサ１０は、例えば車両のステアリングホイールなどに取り付けられている電極から心電位を検出する。心拍センサ１０は、取得した心拍信号をＥＣＵ２０に出力する。心拍センサ１０は、特許請求の範囲に記載された生体信号取得手段として機能し、生体信号取得ステップを実行する。

ＥＣＵ２０は、演算を行うマイクロプロセッサ、マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ及びバッテリによってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ等により構成されている。

心拍信号前処理部２１は、心拍センサ１０からの心拍信号を一定時間毎に読み込み、心拍信号から心拍周期（ＲＲ間隔）時系列を取得する。より詳細には、まず、心拍信号に対してバンドパスフィルタリング処理を行ってから、しきい値を越えた時系列データを切り出す。次に、切り出された時系列データを２値化してから、２値化データを利用して区間幅（周期）を求める。そして、区間幅を補間して心拍周期の時系列データを求める。心拍信号前処理部２１において取得された心拍周期時系列は、特徴量抽出部２２に出力される。

特徴量抽出部２２は、心拍信号前処理部２１において取得された心拍周期時系列から、眠気に抗する状態の強さを示す生理指標である心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワー（時系列）を取得する。より詳細には、まず、心拍周期の時系列データをＦＦＴ処理して心拍ゆらぎの周波数成分である振幅スペクトルを取得する。次に、この振幅スペクトルに対して低周波成分の周波数帯帯域を指定し、該帯域の振幅スペクトルを積分する。この処理を繰り返し行うことにより心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワー時系列を取得する。このように、心拍信号前処理部２１および特徴量抽出部２２は、特許請求の範囲に記載された指標取得手段として機能し、指標取得ステップを実行する。特徴量抽出部２２において取得された心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワー（時系列）は、眠気検知部２３に出力される。

眠気検知部２３は、特徴量抽出部２２において取得された心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワー（時系列）に基づいて運転者の眠気発生の有無（すなわち運転者の覚醒度）を判定する。より詳細には、心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワー（以下「心拍ゆらぎ低周波成分パワー」という）が第１眠気判別しきい値Ｄ１以下である場合には、眠気がない状態であると判定される。心拍揺らぎ低周波成分パワーが第１眠気判別しきい値Ｄ１よりも大きく、かつ第２眠気判別しきい値Ｄ２以下である場合には、弱い眠気がある状態（覚醒度が少し低下している状態）であると判定される。心拍揺らぎ低周波成分パワーが第２眠気判別しきい値Ｄ２よりも大きいときには、強い眠気がある状態（覚醒度が大きく低下している状態）であると判定される（図１３参照）。なお、第２眠気判別しきい値Ｄ２＞第１眠気判別しきい値Ｄ１である。このように、眠気検知部２３は、特許請求の範囲に記載された判定手段として機能し、判定ステップを実行する。

ここで、第１眠気判別しきい値Ｄ１および第２眠気判別しきい値Ｄ２の設定方法について説明する。一例としては、眠気を他の方法で定量化して、眠気と心拍ゆらぎ低周波成分パワーとの相関を得る方法が挙げられる。また、眠気を定量化する方法としては、顔画像から眠気レベルを評価する方法がある（「人間感覚計測マニュアル、第一編」Ｐ１４６、人間生活工学研究センター、参照）。なお、第１眠気判別しきい値Ｄ１および第２眠気判別しきい値Ｄ２の設定方法はこの方法に限られることなく、例えば運転者の血圧や心拍数などの健康状態を考慮して学習により設定してもよい。

眠気検知部２３において弱い眠気が検知された場合には、弱い眠気状態にあることを示すフラグが眠気発生通知部２４に出力される。一方、眠気検知部２３において強い眠気が検知された場合には、その旨と心拍ゆらぎ低周波成分パワー（時系列）が刺激タイミング設定部２５に出力される。

眠気発生通知部２４は、眠気検知部２３から弱い眠気状態にあることを示すフラグが入力された場合に、運転者に対して覚醒度低下情報を提示するものである。眠気発生通知部２４は、文字情報や映像情報を表示するためのディスプレイや音声情報を再生するためのスピーカなどを用いて覚醒度低下情報を提示する。

刺激タイミング設定部２５は、眠気検知部２３から入力された心拍ゆらぎ低周波成分パワー（時系列）に基づいて、運転者に対して眠気を除去するための刺激を付与するタイミングを設定する。より具体的には、図１４に示されるように、刺激タイミング設定部２５は、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが所定値Ｄｘ（第１眠気判別しきい値Ｄ１または第２眠気判別しきい値Ｄ２）よりも大きくなった時刻Ｔｓから所定時間（例えば６０秒）経過するまでの間、または、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが所定値（第１眠気判別しきい値Ｄ１または第２眠気判別しきい値Ｄ２）を越えた後、直近の極小値をとるまでの間（時刻Ｔｓ〜時刻Ｔｍの間）に刺激を与えるタイミングを設定する。すなわち、刺激タイミング設定部２５は、特許請求の範囲に記載されたタイミング設定手段として機能し、タイミング設定ステップを実行する。また、刺激タイミング設定部２５は、設定されたタイミングで、眠気除去刺激信号を眠気除去刺激出力部２６に出力する。

刺激付与タイミングをこのように設定するのは次の理由による。すなわち、刺激を与えるタイミングは、眠気に抗している運転者が刺激を欲するタイミングと一致するか若しくはそのタイミングよりも若干前であることが好ましい。運転者が刺激を欲するタイミングで刺激を与えることは、運転者の要望に応えることとなり、眠気除去の有効性が高いと考えられる。発明者による試験の結果、運転者が刺激を欲するタイミングＴｕは、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが所定値（第１眠気判別しきい値Ｄ１または第２眠気判別しきい値Ｄ２）を越えた後最初の極小値をとる時刻Ｔｍの前後、または、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが所定値を越えた後約６０秒以内であるという知見が得られた。

一方、運転者が刺激を欲するタイミングよりも若干前で刺激を与えることは、その後に発生する眠気を抑制する意味で有効性が高いと考えられる。ただし、刺激を与えるタイミングが先行し過ぎては有効性が低下すると考えられる。これらの観点からは、刺激を与えるタイミングとして、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが所定値を越えた時刻Ｔｓから該所定値を下回る時刻Ｔｅまでの間（すなわち、運転者が眠気と闘っているとき）、または、低周波成分パワーが極大となる時刻Ｔｐ（すなわち、運転者の眠気がもっとも強まっているとき）が好ましい。

以上を総合的に考慮した結果、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが所定値Ｄｘ（第１眠気判別しきい値Ｄ１または第２眠気判別しきい値Ｄ２）よりも大きくなった時刻Ｔｓから所定時間（例えば６０秒）経過するまでの間、または、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが所定値（第１眠気判別しきい値Ｄ１または第２眠気判別しきい値Ｄ２）を越えた後、直近の極小値をとるまでの間（時刻Ｔｓ〜時刻Ｔｍの間）に刺激を与えるタイミングを設定した。

眠気除去刺激出力部２６は、刺激タイミング設定部２５から入力された眠気除去刺激信号に基づいて、運転者に対して眠気を除去するための刺激を付与する。運転者に対して付与する刺激としては、次のような刺激が挙げられる。すなわち、例えば、ブザー、オーディオ、クラクションを用いた音による刺激、メーター照明やルーム照明を用いた光による刺激、ハンドルまたはシートに埋設した振動装置やエアコン風を用いた触覚・温冷覚に対する刺激、および、芳香剤の噴射を用いた匂いによる刺激などが挙げられる。眠気除去刺激出力部２６は、特許請求の範囲に記載された刺激付与手段として機能し、刺激付与ステップを実行する。

次に、図２〜４と図５〜１４を併せて用いて覚醒度判定装置１の動作及び覚醒度判定方法について説明する。図２は、覚醒度判定装置１による覚醒度低下検知処理の処理手順を示すフローチャートである。また、図３，図４は、覚醒度低下検知処理における心拍信号前処理、および特徴量抽出処理の処理手順を示すフローチャートである。これらの処理は、ＥＣＵ２０によって行われるものであり、ＥＣＵ２０の電源がオンされてからオフされるまでの間、所定のタイミングで繰り返し実行される。

ステップＳ１００では、心拍センサ１０から心拍信号が読み込まれる。続くステップＳ１０２では、ステップＳ１００で読み込まれた心拍信号に対して前処理が行われる。ここで、図３を参照しつつ、この心拍信号前処理について説明する。

ステップＳ２００では、心拍信号の時系列データがバンドパスフィルタで処理されることで、心拍信号の時系列データから通過帯域０．１Ｈｚ〜３０Ｈｚの成分が取り出される。この処理の結果を、図５に示す。

次に、ステップＳ２０２では、図５に示されるように、心拍信号の時系列データから、心拍タイミング検出用のしきい値ＴＨ_０以上となっている波形部分が切り出される。そして、図６に示されるように、切り出された波形部分が最大となるタイミングが１とされ、他のタイミングが０とされて２値化される。これにより、図７に示されるように、一連の心拍タイミングが求められる。

続くステップＳ２０４では、図８に示されるように、各心拍タイミングｔ１から次の心拍タイミングｔ２までの時間（秒）が求められ、求められた時間（ｔ２−ｔ１）が各心拍タイミングｔ１に付与されることで、心拍周期の情報が得られる。

続いて、ステップＳ２０６では、図９に示されるように、心拍周期の情報が補完され、心拍周期の曲線Ｃが求められることで、心拍周期の時系列データが取得される。その後、図２に示されるステップＳ１０４に処理が移行する。

ステップＳ１０４では、ステップＳ２０６で取得された心拍周期の時系列データから心拍ゆらぎ低周波成分パワー（時系列）を取得する特徴量抽出処理が実行される。ここで、図４を参照しつつ、この特徴量抽出処理について説明する。

まず、ステップＳ３００では、図１０に示されるように、任意のタイムスタンプである基準時間Ｔより前の解析単位区間幅Ｔｔｅｒｍ（秒）における心拍周期の時系列データに対して、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理が行われる。

次に、ステップＳ３０２では、図１１に示されるように、ＦＦＴ処理により解析単位区間ごとに得られたパワースペクトルにおいて、低周波成分の周波数帯帯域（０．１Ｈｚ付近）について振幅スペクトルが積分される。

続いてステップＳ３０４では、一定時間が経過して基準時間になるごとに、解析単位区間幅Ｔｔｅｒｍにおける心拍周期の時系列データに対して、ＦＦＴ処理が行われて、パワースペクトルが積分される処理が繰り返される。これにより、図１２に示されるように、低周波成分の周波数帯帯域の振幅スペクトルパワーの時系列データが取得される。この振幅スペクトルパワーの時系列データが、心拍ゆらぎ低周波成分パワー（時系列）である。その後、図２に示されるステップＳ１０６に処理が移行する。

ステップＳ１０６では、心拍ゆらぎ低周波成分パワーがゼロより大きく第１眠気判別しきい値Ｄ１以下であるか否かについての判断が行われる（図１３参照）。ここで、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが第１眠気判別しきい値Ｄ１以下である場合には、眠気がない状態であると判定されて一旦本処理から抜ける。一方、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが第１眠気判別しきい値Ｄ１より大きいときには、ステップＳ１０８に処理が移行する。

ステップＳ１０８では、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが第２眠気判別しきい値Ｄ２より大きいか否かについての判断が行われる（図１３参照）。ここで、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが第２眠気判別しきい値Ｄ２以下である場合には、弱い眠気がある状態（覚醒度が少し低下している状態）であると判定され、ステップＳ１１０に処理が移行する。一方、心拍ゆらぎ低周波成分パワーＨＲＶＬが第２眠気判別しきい値Ｄ２より大きいときには、強い眠気がある状態（覚醒度が大きく低下している状態）であると判定され、ステップＳ１１２に処理が移行する。

弱い眠気状態にあると判定された場合、ステップＳ１１０では、運転者に対して覚醒度低下情報が提示される。例えば、覚醒度が低下している旨の文字情報や映像情報をディスプレイに表示したり、覚醒度が低下している旨の音声情報をスピーカから出力したりすることにより、覚醒度低下情報が提示される。その後、本処理から一旦抜ける。

一方、強い眠気状態にあると判定された場合、ステップＳ１１２では、心拍ゆらぎ低周波成分パワー（時系列）に基づいて、運転者に対して眠気を除去するための刺激を付与するタイミングが設定される。より詳細には、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが第２眠気判別しきい値Ｄ２よりも大きくなった時刻Ｔｓから所定時間（例えば６０秒）経過するまでの間に刺激を与えるタイミングが設定される。または、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが第２眠気判別しきい値Ｄ２を越えた後、直近の極小値をとるまでの間（時刻Ｔｓ〜時刻Ｔｍの間）に刺激を与えるタイミングが設定される（図１４参照）。

続くステップＳ１１４では、ステップＳ１１２で設定されたタイミングに基づいて、眠気除去刺激信号が出力され、運転者に対して眠気を除去するための刺激が付与される。例えば、ブザー、オーディオ、クラクションを用いた音による刺激、メーター照明やルーム照明を用いた光による刺激、ハンドルまたはシートに埋設した振動装置やエアコン風を用いた触覚・温冷覚に対する刺激、および、芳香剤の噴射を用いた匂いによる刺激などが運転者に付与され眠気が除去される。

運転者が車両を運転しているときの眠気は、安全運転の妨げとなるため好ましくないものである。そのため、それが弱い眠気であったとしても、身体が眠気に抗する状態、すなわち身体が眠気と闘う状態が生じ、身体が活性化する。本実施形態によれば、運転者の心拍信号から眠気に抗する状態の強さを示す生理指標である心拍ゆらぎ低周波成分パワーが取得され、該心拍ゆらぎ低周波成分パワーに基づいて覚醒度が判定されるため、運転中の運転者の弱い眠気（覚醒度の低下）をより確実に検知することが可能となる。

上述したように、運転中の眠気は好ましくないものであり、眠気と闘っている状態は、運転者にとってストレスがかかっている状態である。そのため、このような状態では、運転者の交感神経系の活動が活発化する。本実施形態によれば、覚醒度を判定する生理指標として交感神経活動と相関を有する心拍ゆらぎ低周波成分パワーが用いられるため、交感神経活動の状態、すなわち眠気と闘っている状態をより確実に検知することが可能となる。

上述したように、心拍ゆらぎ低周波成分パワーは交感神経活動と相関があり、また、その大きさは交感神経活動の活発さ、すなわち眠気に抗している程度の大きさと相関がある。よって、覚醒度が低下して、眠気に抗している程度が大きくなるほど、交感神経活動が活発化して心拍ゆらぎ低周波成分パワーが増大する。本実施形態によれば、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが第１眠気判別しきい値Ｄ１よりも大きい場合に、覚醒度が低下していると判定されるため、誤検知を防止しつつ、覚醒度が低下している状態を確実に検知することが可能となる。

上述したように、覚醒度が低下して、眠気に抗している程度が大きくなるほど、交感神経活動が活発化して心拍ゆらぎ低周波成分パワーが増大する。本実施形態によれば、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが第２眠気判別しきい値Ｄ２よりも大きい場合には覚醒度がより低下している（眠気が強い）と判定されるため、眠気の強さを判定することが可能となる。

本実施形態によれば、運転者の覚醒度の低下を早期に検出することができるため、居眠り運転を回避することが可能となる。

眠気を除去する刺激を与える適切なタイミングは、眠気と闘っている運転者が刺激を欲するタイミングと一致するか若しくはそのタイミングよりも若干前であることが好ましい。ここで、眠気と闘っている運転者が刺激を欲するタイミングは、眠気に抗する状態の強さと相関がある。本実施形態によれば、眠気に抗する状態の強さを示す生理指標である心拍ゆらぎ低周波成分パワーに基づいて刺激を与えるタイミングが設定されるため、適切なタイミングで刺激を与えることが可能となる。

本実施形態によれば、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが第２眠気判別しきい値Ｄ２よりも大きくなったときから所定時間（例えば６０秒）経過するまでの間、すなわち覚醒度が低下して、眠気に抗している程度が大きくなったときに刺激が与えられるため、適切なタイミングで刺激を与えることができる。

また、本実施形態によれば、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが第２眠気判別しきい値Ｄ２を越えた後、直近の極小値をとるまでの間、すなわち運転者が眠気と闘っているとき（眠気に抗しているとき）に刺激が与えられるため、適切なタイミングで刺激を与えることができる。

（実施例１）
上述した覚醒度判定装置１の機能評価試験として、覚醒低下検知試験を行った。ここでは、被験者（運転者）の心拍ゆらぎ低周波成分パワーに基づく眠気検知結果と、顔画像から得られた眠気レベル官能評価結果とを比較することにより評価試験を行った。その試験方法及び試験結果を説明する。試験は次の手順で行った。

１．心拍信号の計測と同時に被験者の顔画像時系列を取得する。
２．顔画像時系列を下記のレベル１〜レベル５を基準として評価し、被験者の眠気を５段階レベルに分ける（官能評価）。なお、官能評価の評価者は２名とした。
レベル１：全く眠くなさそう（視線の移動が速く頻繁である、瞬きは２秒に２回位の安定した周期、動きが活発で身体の動きを伴う）
レベル２：やや眠そう（唇が開いている、視線移動の動きが遅い）
レベル３：眠そう（瞬きはゆっくりと頻発、口の動きがある、座り直し有り、顔に手をやる）
レベル４：かなり眠そう（意識的と思われる瞬きがある、頭を振る・肩の上下動などの無用な身体全体の動きがある、あくびは頻発し深呼吸も見られる、瞬きも視線の動きも遅い）
レベル５：非常に眠そう（瞼を閉じる、頭が前に傾く、頭が後ろに倒れる）
（出典：「人間感覚計測マニュアル、第一編」、Ｐ１４６、人間生活工学研究センター）
３．２名の官能評価の平均値Ｓｅｎｓを算出する。
４．官能評価平均値Ｓｅｎｓから図１５に示す表にしたがって、官能評価による眠気レベルＤ０〜Ｄ４を取得する。
５．同時に覚醒度判定装置１により心拍ゆらぎ低周波成分パワーに基づいて被験者の眠気の検知を行う。なお、評価の公正を期するため、評価者に対し被験者の心拍信号から求めた心拍ゆらぎ低周波成分パワーに関する情報は事前に一切与えなかった。

図１６に覚醒度低下検知試験の試験結果を示す。図１６の横軸は経過時間（秒）であり、上段に官能評価による眠気レベルを示すとともに、下段に覚醒度判定装置１による心拍ゆらぎ低周波成分パワーに基づく眠気検知結果を示す。より詳細には、図１６の領域Ｉは官能評価により眠気なしと判定された領域、領域ＩＩは官能評価によりやや眠そうと判定された領域、領域ＩＩＩは官能評価により眠そうと判定された領域である。一方、図１６の領域Ｉ’は覚醒度判定装置１により眠気なしと判定された領域（０＜心拍ゆらぎ低周波成分パワー≦第１眠気判別しきい値Ｄ１）、領域ＩＩ’は覚醒度判定装置１により眠気弱と判定された領域（第１眠気判別しきい値Ｄ１＜心拍ゆらぎ低周波成分パワー≦第２眠気判別しきい値Ｄ２）、領域ＩＩＩ’は覚醒度判定装置１により眠気強と判定された領域（心拍ゆらぎ低周波成分パワー＞第２眠気判別しきい値Ｄ２）である。

試験結果では、官能評価による眠気レベルがレベルＤ１（やや眠そう）となっているときに、覚醒度判定装置１により眠気弱と判定されている。また、官能評価による眠気レベルが眠気レベルＤ２（眠そう）となっているときに、覚醒度判定装置１により眠気強と判定されている。すなわち、覚醒度判定装置１より被験者の眠気検知に成功しており、覚醒度判定装置１の有効性が確認された。

（実施例２）
実施例１と異なる被験者に対して覚醒低下検知試験を行った。試験方法は上述した実施例１と同一であるのでここでは説明を省略する。

この覚醒度低下検知試験の試験結果を図１７に示す。この試験結果でも、官能評価による眠気レベルがレベルＤ１（やや眠そう）となっているときに、覚醒度判定装置１により眠気弱と判定されている。また、官能評価による眠気レベルが眠気レベルＤ２（眠そう）となっているときに、覚醒度判定装置１により眠気強と判定されている。すなわち、覚醒度判定装置１より被験者の眠気検知に成功しており、覚醒度判定装置１の有効性が確認された。

（実施例３）
上述した覚醒度判定装置１の刺激付与タイミングの評価試験として、刺激付与タイミング試験を行った。ここでは、心拍信号の計測と同時に、眠気をとるための刺激が欲しいと感じたときに被験者（運転者）にスイッチを押してもらった。

図１８に刺激付与タイミング試験の試験結果を示す。図１８の横軸は経過時間（秒）であり、縦軸は心拍ゆらぎ低周波成分パワーである。また、被験者が刺激を欲しがったタイミングを矢印で示した。

試験結果では、被験者が刺激を欲しがったタイミングが、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが第２眠気判別しきい値Ｄ２よりも大きくなったときから所定時間（６０秒）経過するまでの間に入っており、覚醒度判定装置１において設定される刺激付与のタイミングが適切であることが確認された。

（実施例４）
実施例３と異なる被験者に対して刺激付与タイミング試験を行った。試験方法は上述した実施例３と同一であるのでここでは説明を省略する。

この刺激付与タイミング試験の試験結果を図１９に示す。この試験では、被験者が刺激を欲しがったタイミング（図１９中の矢印参照）が、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが第２眠気判別しきい値Ｄ２よりも大きくなったときから所定時間（６０秒）経過するまでの間、および、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが第２眠気判別しきい値Ｄ２を越えた後、直近の極小値をとるまでの間に入っており、覚醒度判定装置１において設定される刺激付与のタイミングが適切であることが確認された。

［第２実施形態］
次に、図２０を用いて、第２実施形態に係る覚醒度判定装置２の構成について説明する。図２０は、覚醒度判定装置２の全体構成を示すブロック図である。なお、図２０において第１実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号が付されている。

覚醒度判定装置２は、上述したＥＣＵ２０に代えて、ＥＣＵ２０Ｄを備えている点で第１実施形態と異なっている。より具体的には、ＥＣＵ２０Ｄは、ＥＣＵ２０を構成する特徴量抽出部２２、眠気検知部２３に代えて、特徴量抽出部２２Ｄ、眠気検知部２３Ｄを備えている点で、ＥＣＵ２０と異なっている。また、ＥＣＵ２０Ｄは、運転者の眠気発生の有無を判定するためのしきい値を設定するしきい値設定部２７をさらに備えている点でＥＣＵ２０と異なっている。その他の構成は、上述した第１実施形態と同一または同様であるので、ここでは説明を省略する。

特徴量抽出部２２Ｄは、心拍信号前処理部２１において取得された心拍周期時系列から、心拍ゆらぎ低周波成分パワー（時系列）に加えて、心拍ゆらぎ高周波成分のスペクトルパワー（時系列）を取得する点で、上述した特徴量抽出部２２と異なっている。より詳細には、特徴量抽出部２２Ｄは、まず、心拍周期の時系列データをＦＦＴ処理して心拍ゆらぎの周波数成分である振幅スペクトルを取得する。次に、この振幅スペクトルに対して高周波成分の周波数帯帯域を指定し、該帯域の振幅スペクトルを積分する。この処理を繰り返し行うことにより心拍ゆらぎ高周波成分の振幅スペクトルパワー時系列を取得する。なお、心拍ゆらぎ低周波成分パワー時系列の取得方法については、上述したとおりであるので、ここでは説明を省略する。

このように、心拍信号前処理部２１および特徴量抽出部２２Ｄも、特許請求の範囲に記載された指標取得手段として機能し、指標取得ステップを実行する。特徴量抽出部２２Ｄで得られる心拍ゆらぎ低周波成分パワーは、しきい値設定部２７に出力される。また、心拍ゆらぎ低周波成分パワー（時系列）、及び心拍ゆらぎ高周波成分パワー（時系列）は、眠気検知部２３Ｄに出力される。

しきい値設定部２７は、心拍信号前処理部２１で取得された心拍数（ＲＲ間隔）と、特徴量抽出部２２Ｄで取得された心拍ゆらぎ低周波成分パワー（時系列）とに基づいて、運転者の眠気発生の有無を判定するためのしきい値を設定する。すなわち、しきい値設定部２７は、特許請求の範囲に記載のしきい値設定手段として機能する。なお、しきい値設定部２７において設定されたしきい値は、眠気検知部２３Ｄに出力される。

ここで、第２眠気判別しきい値Ｄ２を設定する場合を例にして、しきい値の設定方法を説明する。なお、第１眠気判別しきい値Ｄ１の設定方法は、第２眠気判別しきい値Ｄ２と同一または同様であるので、ここでは説明を省略する。

第２眠気判別しきい値Ｄ２を設定する方法としては、例えば、予め設定された複数のしきい値を心拍数（ＲＲ間隔）の変化状態と心拍ゆらぎ低周波成分パワーの変化状態とに応じて切り替える方法や、演算による方法などが挙げられる。

まず、図２３を参照しつつ、予め設定されている複数のしきい値を切り替える方法について説明する。図２３は、心拍数と心拍ゆらぎの低周波成分と設定しきい値との関係を示す表である。この場合、図２３に示されるように、予め設定されている４つのしきい値Ｄ２Ａ，Ｄ２Ｂ，Ｄ２Ｃ，Ｄ２Ｄが心拍数の変化状態と心拍ゆらぎ低周波成分パワーの変化状態とに応じて切り替えらえる。すなわち、（１）心拍数が増加または減少しておりかつ心拍ゆらぎ低周波成分パワーが増加している状態のときにはしきい値Ｄ２Ａが選択され、（２）心拍数が増加または減少しておりかつ心拍ゆらぎ低周波成分パワーが変化なしまたは減少している状態の場合にはしきい値Ｄ２Ｂが選択される。また、（３）心拍数が変化なくかつ心拍ゆらぎ低周波成分パワーが増加している状態ではしきい値Ｄ２Ｃが選択され、（４）心拍数が変化なくかつ心拍ゆらぎ低周波成分パワーが変化なしまたは減少している状態のときにはしきい値Ｄ２Ｄが選択される。ここで、４つのしきい値Ｄ２Ａ，Ｄ２Ｂ，Ｄ２Ｃ，Ｄ２Ｄの関係は、「Ｄ２Ａ＞Ｄ２Ｃ＞Ｄ２Ｂ＞Ｄ２Ｄ」である。

ここで、心拍数及び心拍ゆらぎ低周波成分パワーの増減判定方法について説明する。心拍数や心拍ゆらぎ低周波成分パワーの増減を判定する方法としては、例えば、統計検定による方法や、区間データ時系列の傾きから判定する方法などが挙げられる。

まず、図２４を参照しつつ、統計検定による方法について説明する。図２４の横軸は、検出開始時刻からの経過時間ｔ（秒）であり、縦軸は、心拍数または心拍ゆらぎ低周波成分パワーである。図２４中において、ｔ０は眠気検知開始時刻であり、ｔｓは区間１を定めるための任意の時刻である。また、ｔｎは現在の時刻であり、ｔｂは区間３および区間２を定めるための任意の時刻である。この方法では、図２４に示される各区間が統計検定により比較され、心拍数または心拍ゆらぎ低周波成分パワーの増減の有無が判断される。その際、検定区間の組み合わせとしては、区間１と区間３との組み合わせ、または区間２と区間３との組み合わせなどがあり、これらの組み合わされた区間の間で検定が行われる。

検定時の仮説は次のとおりである。すなわち、両区間に含まれるデータが同じ分布を持つ集団より抽出された場合を帰無仮説Ｈ０とし、両区間に含まれるデータが異なる分布を持つ集団より抽出された場合を対立仮説Ｈ１とする。従って、検定により帰無仮説Ｈ０が採択された場合には、両区間に有意差がないと判断できるため、心拍数または心拍ゆらぎ低周波成分パワーは変化なし（増減なし）と判断される。一方、検定により対立仮説Ｈ１が採択されたときには、両区間に有意差があると判断できるため、心拍数または心拍ゆらぎ低周波成分パワーが増加または減少していると判断される。

次に、区間データ時系列の傾きから心拍数や心拍ゆらぎ低周波成分パワーの増減を判定する方法について説明する。この方法では、上述した図２４に示される各区間のデータ時系列の傾きが求められ、その傾きから心拍数や心拍ゆらぎ低周波成分パワーの増減が判定される。傾きを求める方法としては、例えば単回帰計算などを用いることできる。

例えば、区間３に対して単回帰計算を実施して傾きＢを求め、この傾きＢの絶対値が傾きしきい値αより大きい場合（｜Ｂ｜＞α）には、増減ありと判断することができる。なお、傾きしきい値αは、任意に設定される定数である。

また、区間１と区間３とに対して単回帰計算を実施して、区間１の傾きＡと区間３の傾きＢとを求め、傾きＢが傾きＡよりも大きい場合（Ｂ＞Ａ）には増減ありと判断し、傾きＢと傾きＡとが同一のとき（Ｂ＝Ａ）には変化なし（増減なし）と判断し、傾きＢが傾きＡよりも小さい場合（Ｂ＜Ａ）には増減ありと判断することもできる。ここで、傾きＢと傾きＡとの差分の絶対値が差分量判定しきい値γよりも大きい場合（｜Ｂ−Ａ｜＞γ）に増減ありと判断してもよい。ただし、差分量判定しきい値γは、任意に設定される定数である。

続いて、演算による方法について説明する。この場合、第２眠気判別しきい値Ｄ２は次式（１）により求められる。
Ｄ２＝Ｍ＋（ｂ×ＳＤ） ・・・（１）
ただし、ｂは係数、Ｍは心拍ゆらぎ低周波成分パワーの区間平均値、ＳＤは心拍ゆらぎ低周波成分パワーの区間標準偏差である。

同様に、第１眠気判別しきい値Ｄ１は次式（２）により求められる。
Ｄ１＝Ｍ＋（ａ×ＳＤ） ・・・（２）
ただし、ａは、ａ＜ｂを満足する係数である。

眠気検知部２３Ｄは、特徴量抽出部２２Ｄで取得された心拍ゆらぎ低周波成分パワーが心拍ゆらぎ高周波成分パワーよりも大きいときに、心拍ゆらぎ低周波成分パワー（時系列）に基づいて運転者の眠気発生の有無（すなわち運転者の覚醒度）を判定する。より詳細には、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが、しきい値設定部２７により設定された第１眠気判別しきい値Ｄ１以下である場合には、眠気がない状態であると判定される。心拍揺らぎ低周波成分パワーが第１眠気判別しきい値Ｄ１よりも大きく、かつ第２眠気判別しきい値Ｄ２以下である場合には、弱い眠気がある状態（覚醒度が少し低下している状態）であると判定される。心拍揺らぎ低周波成分パワーが、しきい値設定部２７により設定された第２眠気判別しきい値Ｄ２よりも大きいときには、強い眠気がある状態（覚醒度が大きく低下している状態）であると判定される。なお、第２眠気判別しきい値Ｄ２＞第１眠気判別しきい値Ｄ１である。このように、眠気検知部２３Ｄも、特許請求の範囲に記載された判定手段として機能し、判定ステップを実行する。

次に、図２１を参照しつつ覚醒度判定装置２の動作及び覚醒度判定方法について説明する。図２１は、覚醒度判定装置２による覚醒度低下予測処理の処理手順を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ２０Ｄによって行われるものであり、ＥＣＵ２０Ｄの電源がオンされてからオフされるまでの間、所定のタイミングで繰り返し実行される。

ステップＳ４００およびＳ４０２は、上述したステップＳ１００，Ｓ１０２と同一であるので、ここでは重複した説明を省略する。

続くステップＳ４０４では、心拍周期の時系列データから心拍ゆらぎ低周波成分パワー（時系列）、および心拍ゆらぎ高周波成分パワー（時系列）を取得する特徴量抽出処理２が実行される。ここで、図２２を参照しつつ、この特徴量抽出処理２について説明する。

まず、ステップＳ５００では、上述したステップＳ３００と同様に、任意のタイムスタンプである基準時間Ｔより前の解析単位区間幅Ｔｔｅｒｍ（秒）における心拍周期の時系列データに対して、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理が行われる。

次に、ステップＳ５０２では、ＦＦＴ処理により解析単位区間ごとに得られたパワースペクトルにおいて、低周波成分の周波数帯帯域（０．１Ｈｚ付近）について振幅スペクトルが積分されるとともに、高周波成分の周波数帯域（０．３Ｈｚ付近）について振幅スペクトルが積分される。

続いてステップＳ５０４では、一定時間が経過して基準時間になるごとに、解析単位区間幅Ｔｔｅｒｍにおける心拍周期の時系列データに対して、ＦＦＴ処理が行われて、パワースペクトルが積分される処理が繰り返される。これにより、心拍ゆらぎ低周波成分パワー（時系列）、及び心拍ゆらぎ高周波成分パワー（時系列）が取得される。その後、図２１に示されるステップＳ４０６に処理が移行する。

ステップＳ４０６では、心拍数（ＲＲ間隔）と心拍ゆらぎ低周波成分パワー（時系列）とに基づいて、運転者の眠気発生の有無を判定するためのしきい値が設定される。なお、しきい値の設定方法については上述したとおりであるので、ここでは重複する説明を省略する。

次に、ステップｓ４０８では、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが心拍ゆらぎ高周波成分パワーよりも大きいか否かについての判断が行われる。ここで、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが心拍ゆらぎ高周波成分パワーよりも大きい場合には、ステップＳ４１０に処理が移行する。一方、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが心拍ゆらぎ高周波成分パワー以下であるときには、例外ケースと判断され、本処理から一旦抜ける。

続いて、ステップＳ４１０では、心拍ゆらぎ低周波成分パワーがゼロより大きく、かつステップＳ４０６で設定された第１眠気判別しきい値Ｄ１以下であるか否かについての判断が行われる。ここで、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが第１眠気判別しきい値Ｄ１以下である場合には、眠気がない状態であると判定されて一旦本処理から抜ける。一方、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが第１眠気判別しきい値Ｄ１より大きいときには、ステップＳ４１２に処理が移行する。

ステップＳ４１２では、心拍ゆらぎ低周波成分パワーがステップＳ４０６で設定された第２眠気判別しきい値Ｄ２より大きいか否かについての判断が行われる。ここで、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが第２眠気判別しきい値Ｄ２以下である場合には、弱い眠気がある状態（覚醒度が少し低下している状態）であると判定され、ステップＳ４１４に処理が移行する。一方、心拍ゆらぎ低周波成分パワーＨＲＶＬが第２眠気判別しきい値Ｄ２より大きいときには、強い眠気がある状態（覚醒度が大きく低下している状態）であると判定され、ステップＳ４１６に処理が移行する。

ステップＳ４１４は、上述したステップＳ１１０と同一であり、ステップＳ４１６，Ｓ４１８は、ステップＳ１１２，Ｓ１１４と同一であるので、ここでは説明を省略する。

上述したように、眠気に抗している状態では、交感神経系の活動が活発化する。その際、副交感神経系の活動は通常低下する。しかしながら、例外的なケースとして、交感神経系の活動の増加と同時に副交感神経系の活動も増加する場合がある。本実施形態によれば、交感神経活動と相関を有する生理指標である心拍ゆらぎ低周波成分パワーが、副交感神経活動と相関を有する生理指標である心拍ゆらぎ高周波成分パワーよりも大きい場合に、覚醒度が低下しているか否かが判定されるため、上述した例外的なケースを除外し、真に眠気に抗している状態を精度よく検知することが可能となる。

覚醒度が低下しているか否かを判定するためのしきい値は、例えば、個人差や、同一の人であってもその日の体調変化などによって変更することが好ましい。本実施形態によれば、心拍信号及び心拍ゆらぎ低周波成分パワーに基づいてしきい値が設定されるとともに、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが該しきい値よりも大きい場合に覚醒度が低下していると判定される。そのため、各運転者の生理特性に合わせてしきい値を設定することができ、眠気検知の精度を向上させることが可能となる。

（実施例５）
上述した覚醒度判定装置２の機能評価試験として、心拍ゆらぎ高周波成分パワーを考慮した場合と考慮しない場合とについて覚醒低下検知試験を行った。図２５，図２６を参照しつつ、その試験結果を説明する。図２５は、心拍ゆらぎの高周波成分パワーを考慮しない場合の眠気検知結果の一例を示す図である。一方、図２６は、心拍ゆらぎ高周波成分パワーを考慮した場合の眠気検知結果の一例を示す図である。図２５，２６の横軸は検知開始からの経過時間（秒）であり、縦軸は、上段から、官能評価結果、眠気検知結果、心拍ゆらぎ低周波成分パワー／心拍ゆらぎ高周波成分パワーである。

心拍ゆらぎ高周波成分パワーを考慮しない場合、すなわち、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが第２眠気判定しきい値Ｄ２を超えただけで強い眠気があると判断する場合には、図２５の中段に示されるように、経過時間が１５００秒付近で心拍ゆらぎ低周波成分パワーが増大したときに強い眠気があると判断される。しかしながら、このときには心拍ゆらぎ高周波成分パワーも同時に増大しており、運転者の覚醒度が真に低下している状態ではなく、例えば運転者がハッとした場合や空調などの環境変化が有った場合など、交感神経系の活動の増加と同時に副交感神経系の活動も増加する例外的なケースであると考えられる。そのため、図２５の上段に示した官能評価では、眠気が検知されていない。すなわち、心拍ゆらぎの高周波成分パワーを考慮しない場合には、このような例外的なケースを排除することができない。

一方、心拍ゆらぎ高周波成分パワーを考慮した場合、すなわち心拍ゆらぎ低周波成分パワーが心拍ゆらぎ高周波成分パワーよりも大きく、かつ心拍ゆらぎ低周波成分パワーが第２眠気判定しきい値Ｄ２を超えた場合に強い眠気があると判断する場合には、図２６の中段に示されるように、経過時間が１５００秒付近で心拍ゆらぎ低周波成分パワーが増大したときであっても眠気があると判断されない。このように、心拍ゆらぎ高周波成分パワーを考慮することによって、交感神経系の活動の増加と同時に副交感神経系の活動も増加する例外的なケースを排除することができており、本発明の有効性を確認することができた。

（実施例６）
上述した覚醒度判定装置２の機能評価試験として、眠気判定しきい値を固定した場合と可変させた場合とについて覚醒低下検知試験を行った。図２７，図２８を参照しつつ、その試験結果を説明する。図２７は、眠気判定しきい値を固定したときの眠気検知結果の一例を示す図である。一方、図２８は、眠気判定しきい値を可変したときの眠気検知結果の一例を示す図である。図２７，２８の横軸は検知開始からの経過時間（秒）であり、縦軸は、上段から、官能評価による眠気度、心拍ゆらぎ低周波成分パワーである。

眠気判定しきい値を固定した場合、図２７に示されるように、経過時間が１６００秒付近で官能評価によれば強い眠気があると判断されているとき（図中の矢印参照）であっても、心拍ゆらぎ低周波成分パワーは第２眠気判定しきい値Ｄ２未満であり、強い眠気があるとは判断されていない。このように、眠気判定しきい値を固定した場合には、運転者の個人差や体調変化などに柔軟に対応することが困難である。

一方、眠気判定しきい値を可変にした場合、図２８に示されるように、経過時間が１６００秒付近で官能評価によれば強い眠気があると判断されているとき（図中の矢印参照）に、心拍ゆらぎ低周波成分パワーが変更後の第２眠気判定しきい値Ｄ２を超えており、強い眠気があると判断される。このように、眠気判定しきい値を可変にすることによって、運転者の生理特性に応じた眠気検知を行うことができており、本発明の有効性を確認することができた。

（実施例７）
上述した覚醒度判定装置２の機能評価試験として、第２眠気判定しきい値の変更試験を行った。図２９を参照しつつ、その試験結果を説明する。図２９は、眠気判定しきい値の変更結果の一例を示す図である。図２９の横軸は検知開始からの経過時間（秒）であり、縦軸は、上段から、心拍ゆらぎ低周波成分パワー、心拍数である。

しきい値設定方法としては、上述した統計検定による方法を用いた。図２９中の区間１及び区間２に対し、心拍ゆらぎ低周波成分パワーと心拍数について検定を行った結果、心拍ゆらぎ低周波成分パワーでは有意差なしと判定され、心拍数では有意差あり（Ｐ＜０．００５）と判定された。この検定結果にしたがって、眠気判定しきい値を変更することを決定した。眠気判定しきい値の設定方法は、上述した演算による方法を用いた。すなわち、上記（２）式に区間２の心拍ゆらぎ低周波成分パワーの区間平均値Ｍ（＝２１３００）、及び心拍ゆらぎ低周波成分パワーの区間標準偏差ＳＤ（＝６４００）を代入して第２眠気判定しきい値Ｄ２（＝４０５００）を求めた。なお、ここでは、係数ｂ＝３とした。

その結果、図２９の上段に示されるように、区間２が終了した時点で、第２眠気判定しきい値Ｄ２が、１０×１０^４から４．０５×１０^４に変更された。このように、心拍ゆらぎ低周波成分パワーと心拍数とに基づいて、眠気判定しきい値が適切に変更されることが確認された。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、覚醒度判定装置の搭載場所は車両に限られるものではなく、覚醒度の低下検知が行われる被験者も、車両の運転者に限られない。すなわち、覚醒度判定装置は、健康器具や医療器具などにも適用することができる。

また、運転者の心拍信号を取得するセンサとしては、電位式心拍センサの他、心拍に応じて周期的に変化する赤外線の反射光量を検出する赤外線式心拍センサや運転者の血圧を検出するセンサ等を用いることができる。

また、上記実施形態では、覚醒度判定装置１で検知される覚醒度のレベルを３段階に分けたが、２段階や４段階以上に分けてもよい。

第１実施形態に係る覚醒度判定装置の全体構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る覚醒度判定装置による覚醒度低下検知処理の処理手順を示すフローチャートである。 覚醒度低下検知処理における心拍信号前処理の処理手順を示すフローチャートである。 覚醒度低下検知処理における特徴量抽出処理の処理手順を示すフローチャートである。 心拍信号の一例を示す図である。 心拍信号の２値化処理を説明するための模式図である。 心拍信号を２値化処置して取得された２値化信号を示す図である。 心拍周期の算出処理を説明するための模式図である。 心拍周期の補間処理を説明するための模式図である。 心拍周期のＦＦＴ処理を説明するための模式図である。 パワースペクトルの積分を説明するための模式図である。 振幅スペクトルパワーの経時変化を示すチャートである。 眠気の検知方法（覚醒度の低下判定方法）を説明するための図である。 刺激付与タイミングの設定方法を説明するための図である。 官能評価レベル（眠気レベル）の判定基準を示す表である。 眠気検知結果の一例を示す図である。 眠気検知結果の他の例を示す図である。 刺激付与タイミングの一例を示す図である。 刺激付与タイミングの他の例を示す図である。 第２実施形態に係る覚醒度判定装置の全体構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係る覚醒度判定装置による覚醒度低下検知処理の処理手順を示すフローチャートである。 覚醒度低下検知処理における特徴量抽出処理の処理手順を示すフローチャートである。 心拍数と心拍ゆらぎの低周波成分と設定しきい値との関係を示す表である。 心拍数及び心拍ゆらぎの低周波成分の増減判定方法を説明するための図である。 心拍ゆらぎの高周波成分パワーを考慮しない場合の眠気検知結果の一例を示す図である。 心拍ゆらぎの高周波成分パワーを考慮した場合の眠気検知結果の一例を示す図である。 眠気判定しきい値を固定したときの眠気検知結果を示す図である。 眠気判定しきい値を可変したときの眠気検知結果を示す図である。 眠気判定しきい値の変更結果の一例を示す図である。

符号の説明

１，２…覚醒度判定装置、１０…心拍センサ、２０，２０Ｄ…ＥＣＵ、２１…心拍信号前処理部、２２，２２Ｄ…特徴量抽出部、２３，２３Ｄ…眠気見検知部、２４…眠気発生通知部、２５…刺激タイミング設定部、２６…眠気除去刺激出力部、２７…しきい値設定部。

Claims (14)

1. 活動中の人の生体信号を取得する信号取得手段と、
   前記信号取得手段により取得された前記生体信号から、眠気に抗する状態の強さを示す生理指標を取得する指標取得手段と、
   前記指標取得手段により取得された前記生理指標に基づいて、前記人の覚醒度を判定する判定手段と、
   前記人に覚醒度を上昇させる刺激を与える刺激付与手段と、
   前記刺激を与えるタイミングを設定するタイミング設定手段と、を備え、
   前記生体信号は、心拍信号であり、
   前記生理指標は、前記心拍信号から取得された心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーであり、
   前記タイミング設定手段は、前記心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが所定値よりも大きくなったときから所定時間経過するまでの間に前記刺激を与えるタイミングを設定することを特徴とする覚醒度判定装置。
2. 活動中の人の生体信号を取得する信号取得手段と、
   前記信号取得手段により取得された前記生体信号から、眠気に抗する状態の強さを示す生理指標を取得する指標取得手段と、
   前記指標取得手段により取得された前記生理指標に基づいて、前記人の覚醒度を判定する判定手段と、
   前記人に覚醒度を上昇させる刺激を与える刺激付与手段と、
   前記刺激を与えるタイミングを設定するタイミング設定手段と、を備え、
   前記生体信号は、心拍信号であり、
   前記生理指標は、前記心拍信号から取得された心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーであり、
   前記タイミング設定手段は、前記心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが所定値を越えた後、直近の極小値をとるまでの間に前記刺激を与えるタイミングを設定することを特徴とする覚醒度判定装置。
3. 前記判定手段は、前記心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが所定値よりも大きい場合に、覚醒度が低下していると判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の覚醒度判定装置。
4. 前記判定手段は、前記心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが大きい場合には小さい場合と比較して、覚醒度がより低下していると判定することを特徴とする請求項３に記載の覚醒度判定装置。
5. 活動中の人の生体信号を取得する信号取得手段と、
   前記信号取得手段により取得された前記生体信号から、眠気に抗する状態の強さを示す生理指標を取得する指標取得手段と、
   前記指標取得手段により取得された前記生理指標に基づいて、前記人の覚醒度を判定する判定手段と、を備え、
   前記生理指標は、交感神経活動と相関を有するもの、及び副交感活動と相関を有するもの、並びに、前記生体信号である心拍信号から取得された心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワー、及び心拍ゆらぎ高周波成分の振幅スペクトルパワーであり、
   前記判定手段は、前記心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが、前記心拍ゆらぎ高周波成分の振幅スペクトルパワーよりも大きい場合に、覚醒度が低下しているか否かを判定することを特徴とする覚醒度判定装置。
6. 前記人の覚醒度が低下しているか否かを判定するためのしきい値を設定するしきい値設定手段を備え、
   前記判定手段は、前記心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが前記しきい値よりも大きい場合に、覚醒度が低下していると判定することを特徴とする請求項５に記載の覚醒度判定装置。
7. 前記しきい値設定手段は、前記心拍信号、及び前記心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーに基づいて、前記しきい値を設定することを特徴とする請求項５に記載の覚醒度判定装置。
8. 活動中の人の生体信号を取得する信号取得ステップと、
   前記信号取得ステップで取得された前記生体信号から、眠気に抗する状態の強さを示す生理指標を取得する指標取得ステップと、
   前記指標取得ステップで取得された前記生理指標に基づいて、前記人の覚醒度を判定する判定ステップと、
   前記人に覚醒度を上昇させる刺激を与える刺激付与ステップと、
   前記刺激を与えるタイミングを設定するタイミング設定ステップと、を備え、
   前記生体信号は、心拍信号であり、
   前記生理指標は、前記心拍信号から取得された心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーであり、
   前記タイミング設定ステップでは、前記心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが所定値よりも大きくなったときから所定時間経過するまでの間に前記刺激を与えるタイミングを設定することを特徴とする覚醒度判定方法。
9. 活動中の人の生体信号を取得する信号取得ステップと、
   前記信号取得ステップで取得された前記生体信号から、眠気に抗する状態の強さを示す生理指標を取得する指標取得ステップと、
   前記指標取得ステップで取得された前記生理指標に基づいて、前記人の覚醒度を判定する判定ステップと、
   前記人に覚醒度を上昇させる刺激を与える刺激付与ステップと、
   前記刺激を与えるタイミングを設定するタイミング設定ステップと、を備え、
   前記生体信号は、心拍信号であり、
   前記生理指標は、前記心拍信号から取得された心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーであり、
   前記タイミング設定ステップでは、前記心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが所定値を越えた後、直近の極小値をとるまでの間に前記刺激を与えるタイミングを設定することを特徴とする覚醒度判定方法。
10. 前記判定ステップでは、前記心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが所定値よりも大きい場合に、覚醒度が低下していると判定することを特徴とする請求項８又は９に記載の覚醒度判定方法。
11. 前記判定ステップでは、前記心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが大きい場合には小さい場合と比較して、覚醒度がより低下していると判定することを特徴とする請求項１０に記載の覚醒度判定方法。
12. 活動中の人の生体信号を取得する信号取得ステップと、
    前記信号取得ステップで取得された前記生体信号から、眠気に抗する状態の強さを示す生理指標を取得する指標取得ステップと、
    前記指標取得ステップで取得された前記生理指標に基づいて、前記人の覚醒度を判定する判定ステップと、を備え、
    前記生理指標は、交感神経活動と相関を有するもの、及び副交感活動と相関を有するもの、並びに、前記生体信号である心拍信号から取得された心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワー、及び心拍ゆらぎ高周波成分の振幅スペクトルパワーであり、
    前記判定ステップでは、前記心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが、前記心拍ゆらぎ高周波成分の振幅スペクトルパワーよりも大きい場合に、覚醒度が低下しているか否かを判定することを特徴とする覚醒度判定方法。
13. 前記人の覚醒度が低下しているか否かを判定するためのしきい値を設定するしきい値設定ステップを備え、
    前記判定ステップでは、前記心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーが前記しきい値よりも大きい場合に、覚醒度が低下していると判定することを特徴とする請求項１２に記載の覚醒度判定方法。
14. 前記しきい値設定ステップでは、前記心拍信号、及び前記心拍ゆらぎ低周波成分の振幅スペクトルパワーに基づいて、前記しきい値を設定することを特徴とする請求項１３に記載の覚醒度判定方法。