JP4883580B2 - 精神的疲労の検出方法、装置及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、人の精神的疲労の検出に関し、特に、点滅する光刺激に伴う瞳孔の変化を観察することによって精神的疲労を検出する方法、装置及びプログラムに関する。

現代社会においては、様々な労働環境中で労働者の身体的および精神的疲労を適正範囲にコントロールすることは、労働者自身の健康のみならず、労働者自身および他者、さらには社会全体を巻き込んだ事故の発生を未然に防止する上できわめて重要な課題である。これまで、身体的疲労は、筋力低下など比較的外的な指標で評価しやすいものであったが、これに対して精神的疲労は、質問紙などを用いる形式のみで評価され、恣意性を排除して評価するのが難しい対象であった。

精神的疲労の主症状としての、大脳皮質活動全般の機能低下を反映し得る指標として、フリッカー光のちらつきを認知しうる周波数の閾値（フリッカー値とも記す）の変化が知られている。光の点滅のフリッカー光は、高速で点滅する際は、点滅に伴うちらつきは認知されず、光がただ単に点灯していると認知される。その、点滅周波数を高周波数から低周波数へとゆっくりと変化させた場合、ある周波数を境に、光の点滅が認知されてくる。その光の点滅が認知され始める周波数を、フリッカーの閾値周波数またはフリッカー値と呼ぶ。労働によって引き起こされる精神的疲労の蓄積に伴い、健常時（精神的疲労のない状態）においてフリッカー光のちらつきが認知されていた周波数において、ちらつきが認知されなくなる現象が知られている。すなわち、精神的疲労にともなう、フリッカー光のちらつきの認知の閾値の周波数の低下、フリッカー値の低下である。

一部には、目の生理的反応を測定して、疲労度などの精神活動を評価する方法や、目に光刺激を提供して疲労回復を図る方法が知られている（下記特許文献１〜３参照）。しかし、多くは、様々な労働による精神的疲労における大脳皮質活動の全般的な機能水準の変化は、フリッカー光の周波数を変化させる中で、ちらつき認知の閾値を主観的に判断させ、ボタン押しなどによって告知させる形で評価されてきた（例えば、下記特許文献４〜６参照）。
特開平７−２５５６６９号公報 特開２００２−２５３５０９号公報 特開２００５−２７９０５３号公報 特開２００１−３０９８８７号公報 特開２００１−２１８７５６号公報 特開２００３−７０７７３号公報

しかし、上記したボタン押しなどによって、ちらつき認知の閾値を主観的に判断させる方法では、生理的指標に依拠する指標であっても、最終的には、主観的な判断のプロセスが入ってしまうため、それに伴う恣意性が介在することを避けることができない。

フリッカー光のちらつきに伴う生理反応を非恣意的に検出することができれば、フリッカー認知の閾値の変化を用いて精神的疲労を評価する方法の精度を向上させることができるのみならず、労働者が自然状態あった場合における、非拘束、非接触、非恣意的な精神的疲労の計測方法を実現することができる。

本発明は、上記の課題を解決すべく、フリッカー光を用いて精神的疲労状態を非恣意的に検出することができる精神的疲労の検出方法、装置及びプログラムを提供することを目的とする。

本願発明者は、鋭意研究した結果、点滅光のちらつきの非認知状態および認知状態における、瞳孔径の変化の違い、および瞳孔径の変化に関連する脳電位反応により、人の精神的疲労状態を非恣意的に評価できることを見出し、本発明をするに至った。

また、本発明を、ボタン押しなどの被験者自信による告知手段と併用すれば、被験者の虚偽や、誤操作を見抜くことができ、被験者の精神的疲労をより正確に評価することができ、作業の安全性の向上に役立てることができる。

即ち、本発明に係る第１の精神的疲労の検出方法は、精神的疲労の検出装置が行う検出方法であって、時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、点滅する可視光を被験者に提示する第１ステップと、
点滅する前記可視光が前記被験者に提示された状態で前記被験者の瞳孔径を、時系列データとして求める第２ステップと、
前記瞳孔径の時系列データに関して、所定期間の前半期間内の前記瞳孔径の標準偏差を求めて第１標準偏差とし、該所定期間の後半期間内の前記瞳孔径の標準偏差を求めて第２標準偏差とする処理を、前記所定期間をシフトさせる毎に繰り返す第３ステップと、
前記第１標準偏差および前記第２標準偏差の差の絶対値を求める第４ステップと、
複数の前記絶対値の中から最大値を決定する第５ステップと、
前記最大値として決定された絶対値の計算に使用された前記瞳孔径を取得したときの点滅周波数を求め、第１周波数とする第６ステップと、
前記第１周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第２周波数との差の絶対値を求め、該絶対値を所定のしきい値と比較する第７ステップとを含むことを特徴としている。

また、本発明に係る第２の精神的疲労の検出方法は、精神的疲労の検出装置が行う検出方法であって、時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、所定の第１期間の間点滅し、該第１期間に続く所定の第２期間の
間発光を停止し、該第１期間および第２期間を繰り返して可視光を被験者に提示する第１ステップと、
点滅する前記可視光が前記被験者に提示された状態で前記被験者の瞳孔径を求める第２ステップと、
複数の前記第２期間毎に、前記第２期間の終了後に最初に現れる前記瞳孔径の極大値Ｍａｘと、該極大値Ｍａｘの次に現れる前記瞳孔径の極小値Ｍｉｎを求める第３ステップと、
複数の前記第２期間毎に、前記第２期間の開始前の第３期間における前記瞳孔径の平均値Ｂａｓｅを求める第４ステップと、
それぞれ対応する前記極大値Ｍａｘ、前記極小値Ｍｉｎおよび前記平均値Ｂａｓｅから、（Ｍａｘ−Ｂａｓｅ）／（Ｂａｓｅ−Ｍｉｎ）によって変化率を求める第５ステップと、
前記変化率が、１以上の値から１より小さい値に変化するとき、または１以下の値から１より大きい値に変化するときのタイミングを求め、該タイミングに対応する前記点滅周波数を求め、第１周波数とする第６ステップと、
前記第１周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第２周波数との差の絶対値を求め、該絶対値を所定のしきい値と比較する第７ステップとを含むことを特徴としている。

また、本発明に係る第３の精神的疲労の検出方法は、精神的疲労の検出装置が行う検出方法であって、
時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、所定の第１期間の間点滅し、該第１期間に続く所定の第２期間の間発光を停止し、該第１期間および第２期間を繰り返して可視光を被験者に提示する第１ステップと、
点滅する前記可視光が前記被験者に提示された状態で前記被験者の瞳孔径を求める第２ステップと、
複数の前記第２期間毎に、前記第２期間の開始前の第３期間内の前記瞳孔径の標準偏差を求める第３ステップと、
時系列の複数の前記標準偏差に関して、隣接する２つの前記標準偏差の差の絶対値を求める第４ステップと、
複数の前記絶対値の中から最大値を決定する第５ステップと、
前記最大値として決定された絶対値の計算に使用された前記瞳孔径を取得したときの点滅周波数を求め、第１周波数とする第６ステップと、
前記第１周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第２周波数との差の絶対値を求め、該絶対値を所定のしきい値と比較する第７ステップとを含むことを特徴としている。

また、本発明に係る第４の精神的疲労の検出方法は、精神的疲労の検出装置が行う検出
方法であって、
時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、所定の第１期間の間点滅し、該第１期間に続く所定の第２期間の間発光を停止し、該第１期間および第２期間を繰り返して可視光を被験者に提示する第１ステップと、
点滅する前記可視光が前記被験者に提示された状態で前記被験者の脳電位を測定する第２ステップと、
複数の前記第２期間毎に、前記第２期間の終了後に最初に現れる前記脳電位の最大振幅を求める第３ステップと、
時系列の複数の前記最大振幅の変化程度を求める第４ステップと、
前記変化程度の最大値を決定する第５ステップと、
前記最大値として決定された変化程度の計算に使用された前記脳電位を測定したときの複数の前記点滅周波数を求め、これらの複数の点滅周波数を用いて第１周波数を決定する第６ステップと、
前記第１周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第２周波数との差の絶対値を求め、該絶対値を所定のしきい値と比較する第７ステップとを含むことを特徴としている。

また、本発明に係る第１の精神的疲労の検出装置は、
点滅する可視光を放射する発光部と、
赤外線映像を撮影する撮像部と、
制御部とを備え、
前記発光部が、時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、点滅する可視光を被験者に提示し、
前記撮像部が、点滅する可視光が被験者に提示された状態で前記被験者の目を含む映像を撮影し、
前記制御部が、
撮影された前記映像を構成する複数のフレーム画像の各々に含まれた前記目の画像の瞳孔径を、時系列データとして求め、
前記瞳孔径の時系列データに関して、所定期間の前半期間内の前記瞳孔径の標準偏差を求めて第１標準偏差とし、該所定期間の後半期間内の前記瞳孔径の標準偏差を求めて第２標準偏差とする処理を、前記所定期間をシフトさせる毎に繰り返し、
前記第１標準偏差および前記第２標準偏差の差の絶対値を求め、
複数の前記絶対値の中から最大値を決定し、
前記最大値として決定された絶対値の計算に使用された前記フレーム画像を取得したときの点滅周波数を求め、第１周波数とし、且つ、
前記第１周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第２周波数との差の絶対値を求め、該絶対値が所定値以上である場合に前記被験者が精神的疲労状態にあると判断することを特徴としている。

また、本発明に係る第２の精神的疲労の検出装置は、
点滅する可視光を放射する発光部と、
赤外線映像を撮影する撮像部と、
制御部とを備え、
前記発光部が、時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、所定の第１期間の間点滅し、該第１期間に続く所定の第２期間の間発光を停止し、該第１期間および第２期間を繰り返して可視光を被験者に提示し、
前記撮像部が、点滅する前記可視光が前記被験者に提示された状態で前記被験者の目を含む映像を撮影し、
前記制御部が、
撮影された前記映像を構成する複数のフレーム画像の各々に含まれた前記目の画像の瞳孔径を、時系列データとして求め、
複数の前記第２期間毎に、前記第２期間の終了後に最初に現れる前記瞳孔径の極大値Ｍａｘと、該極大値Ｍａｘの次に現れる前記瞳孔径の極小値Ｍｉｎを求め、
複数の前記第２期間毎に、前記第２期間の開始前の第３期間における前記瞳孔径の平均値Ｂａｓｅを求め、
それぞれ対応する前記極大値Ｍａｘ、前記極小値Ｍｉｎおよび前記平均値Ｂａｓｅから、（Ｍａｘ−Ｂａｓｅ）／（Ｂａｓｅ−Ｍｉｎ）によって変化率を求め、
前記変化率が、１以上の値から１より小さい値に変化するとき、または１以下の値から１より大きい値に変化するときのタイミングを求め、該タイミングに対応する前記点滅周波数を求め、第１周波数とし、
前記第１周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第２周波数との差の絶対値を求め、該絶対値が所定値以上である場合に前記被験者が精神的疲労状態にあると判断することを特徴としている。

また、本発明に係る第３の精神的疲労の検出装置は、
点滅する可視光を放射する発光部と、
赤外線映像を撮影する撮像部と、
制御部とを備え、
前記発光部が、時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、所定の第１期間の間点滅し、該第１期間に続く所定の第２期間の間発光を停止し、該第１期間および第２期間を繰り返して可視光を被験者に提示し、
前記撮像部が、点滅する前記可視光が前記被験者に提示された状態で前記被験者の目を含む映像を撮影し、
前記制御部が、
撮影された前記映像を構成する複数のフレーム画像の各々に含まれた前記目の画像の瞳孔径を求め、
複数の前記第２期間毎に、前記第２期間の開始前の第３期間内の前記瞳孔径の標準偏差を求め、
時系列の複数の前記標準偏差に関して、隣接する２つの前記標準偏差の差の絶対値を求め、
複数の前記絶対値の中から最大値を決定し、
前記最大値として決定された絶対値の計算に使用された前記フレーム画像を取得したときの点滅周波数を求め、第１周波数とし、
前記第１周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第２周波数との差の絶対値を求め、該絶対値が所定値以上である場合に前記被験者が精神的疲労状態にあると判断することを特徴としている。

また、本発明に係る第４の精神的疲労の検出装置は、
点滅する可視光を放射する発光部と、脳電位測定部と、制御部とを備え、
前記発光部が、時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、所定の第１期間の間点滅し、該第１期間に続く所定の第２期間の間発光を停止し、該第１期間および第２期間を繰り返して可視光を被験者に提示し、
前記脳電位測定部が、点滅する前記可視光が被験者に提示された状態で前記被験者の脳電位を測定し、
前記制御部が、
複数の前記第２期間毎に、前記第２期間の終了後に最初に現れる前記脳電位の最大振幅を求め、
時系列の複数の前記最大振幅の変化程度を求め、
前記変化程度の最大値を決定し、
前記最大値として決定された変化程度の計算に使用された前記脳電位を測定したときの複数の前記点滅周波数を求め、これらの複数の点滅周波数を用いて第１周波数を決定し、
前記第１周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第２周波数との差の絶対値を求め、該絶対値が所定値以上である場合に前記被験者が精神的疲労状態にあると判断することを特徴としている。

また、本発明に係る第１の精神的疲労の検出プログラムは、
時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、点滅する可視光を被験者に提示して得られた瞳孔径の時系列データを用いて、コンピュータに前記被験者の精神的疲労を検出させるプログラムであって、
前記コンピュータに、
前記瞳孔径の時系列データに関して、所定期間の前半期間内の前記瞳孔径の標準偏差を求めて第１標準偏差とし、該所定期間の後半期間内の前記瞳孔径の標準偏差を求めて第２標準偏差とする処理を、前記所定期間をシフトさせる毎に繰り返す第１の機能と、
前記第１標準偏差および前記第２標準偏差の差の絶対値を求める第２の機能と、
複数の前記絶対値の中から最大値を決定する第３の機能と、
前記最大値として決定された絶対値の計算に使用された前記瞳孔径を取得したときの点滅周波数を求め、第１周波数とする第４の機能と、
前記第１周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第２周波数との差の絶対値を求め、該絶対値が所定値以上である場合に前記被験者が精神的疲労状態にあると判断する第５の機能とを実現させることを特徴としている。

また、本発明に係る第２の精神的疲労の検出プログラムは、
時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、所定の第１期間の間点滅し、該第１期間に続く所定の第２期間の間発光を停止し、該第１期間および第２期間を繰り返して可視光を被験者に提示して得られた瞳孔径のデータを用いて、コンピュータに前記被験者の精神的疲労を検出させるプログラムであって、
前記コンピュータに、
複数の前記第２期間毎に、前記第２期間の終了後に最初に現れる前記瞳孔径の極大値Ｍａｘと、該極大値Ｍａｘの次に現れる前記瞳孔径の極小値Ｍｉｎを求める第１の機能と、
複数の前記第２期間毎に、前記第２期間の開始前の第３期間における前記瞳孔径の平均値Ｂａｓｅを求める第２の機能と、
それぞれ対応する前記極大値Ｍａｘ、前記極小値Ｍｉｎおよび前記平均値Ｂａｓｅから、（Ｍａｘ−Ｂａｓｅ）／（Ｂａｓｅ−Ｍｉｎ）によって変化率を求める第３の機能と、
前記変化率が、１以上の値から１より小さい値に変化するとき、または１以下の値から１より大きい値に変化するときのタイミングを求め、該タイミングに対応する前記点滅周
波数を求め、第１周波数とする第４の機能と、
前記第１周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第２周波数との差の絶対値を求め、該絶対値が所定値以上である場合に前記被験者が精神的疲労状態にあると判断する第５の機能とを実現させることを特徴としている。

また、本発明に係る第３の精神的疲労の検出プログラムは、
時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化さ
せながら、所定の第１期間の間点滅し、該第１期間に続く所定の第２期間の間発光を停止し、該第１期間および第２期間を繰り返して可視光を被験者に提示して得られた前記被験者の瞳孔径のデータを用いて、コンピュータに前記被験者の精神的疲労を検出させるプログラムであって、
前記コンピュータに、
時系列の複数の前記標準偏差に関して、隣接する２つの前記標準偏差の差の絶対値を求める第１の機能と、
複数の前記絶対値の中から最大値を決定する第２の機能と、
前記最大値として決定された絶対値の計算に使用された前記瞳孔径を取得したときの点滅周波数を求め、第１周波数とする第３の機能と、
前記第１周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第２周波数との差の絶対値を求め、該絶対値が所定値以上である場合に前記被験者が精神的疲労状態にあると判断する第４の機能とを実現させることを特徴としている。

また、本発明に係る第４の精神的疲労の検出プログラムは、
時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、所定の第１期間の間点滅し、該第１期間に続く所定の第２期間の間発光を停止し、該第１期間および第２期間を繰り返して可視光を被験者に提示して測定された、前記被験者の脳電位を用いて、コンピュータに前記被験者の精神的疲労を検出させるプログラムであって、
前記コンピュータに、
複数の前記第２期間毎に、前記第２期間の終了後に最初に現れる前記脳電位の最大振幅を求める第１の機能と、
時系列の複数の前記最大振幅の変化程度を求める第２の機能と、
前記変化程度の最大値を決定する第３の機能と、
前記最大値として決定された変化程度の計算に使用された前記脳電位を測定したときの複数の前記点滅周波数を求め、これらの複数の点滅周波数を用いて第１周波数を決定する第４の機能と、
前記第１周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第２周波数との差の絶対値を求め、該絶対値が所定値以上である場合に前記被験者が精神的疲労状態にあると判断する第５の機能とを実現させることを特徴としている。

本発明によれば、ボタン押しなどの主観的な手段に頼ることなく、被験者に負担を掛けることなく、且つ被験者の虚偽や恣意性を排除して、被験者のフリッカーの閾値周波数を決定することができ、それを用いて被験者の精神的疲労を評価することが可能となる。

また同様に、点滅する光を提示して脳電位を観測することによっても、被験者の虚偽や恣意性を排除して、被験者のフリッカーの閾値周波数を決定することができ、それを用いて被験者の精神的疲労を評価することが可能となる。

以下、本発明に係る実施の形態を、添付した図面に基づいて説明する。尚、以下におい
ては、特に断らない限り「疲労」とは精神的疲労を意味するものとする。

図１は、本発明の実施の形態に係る精神的疲労の検出装置の構成を示すブロック図である。本検出装置は、可視光を点滅させて放射する発光部１と、赤外線を照射する照明部２と、映像（動画像）を撮影する、赤外線に感度を有する撮像部３と、撮像部３によって撮影された映像を解析して精神的疲労を検出する制御部４とを備えている。図１では、精神的疲労の検出対象である被験者５をも示している。また、図２は、本検出装置と被験者５との位置関係の概要を示す斜視図である。

発光部１は、制御部４によって制御され、所定周波数、所定強度で点滅する可視光を放射する。発光部１は、例えばＬＥＤ及びその駆動部で構成される。発光部１は、被験者５の視野内に配置され、発光部１から放射される点滅光は被験者５の目に入る。なお、後述する測定を、被験者５が作業中に行なう場合には、作業の邪魔にならないように、被験者５の視野中心から１０度ほど周辺に位置するように発光部４を配置するのが好ましい。

撮像部３は、制御部４によって制御され、被験者５の目を主として含む赤外線映像を取得し、デジタルデータとして制御部４に伝送する。撮像部３は、例えばＣＣＤカメラである。照明部２は、撮像部３が良好な映像を取得できるように、撮像装置の感度範囲の周波数の赤外線を、被験者５の目に照射する。

制御部４は、演算処理部（以下、ＣＰＵと記す）４１と、プログラムなどを記録した不揮発性の読出専用メモリ（以下、ＲＯＭと記す）４２と、データを一時的に保持可能な揮発性の書換可能メモリ（以下、ＲＡＭと記す）４３と、データを持続的に保持可能な不揮発性の書換可能な記録部４４と、計時部４５と、インタフェース部（以下、ＩＦ部と記す）４６と、操作部４７を備えている。制御部４は、例えばコンピュータである。制御部４は、ＩＦ部４６を介して発光部１および撮像部３を制御する。また、撮像部３から制御部４に伝送された映像データは、記録部４４に記録される。計時部４５は、タイマなどの、内部クロックを用いて現在時刻の情報を出力する手段である。

次に、図３に示すフローチャートを用いて、本検出装置を用いた精神疲労の検出方法に関して具体的に説明する。以下では、特に断らない限りＣＰＵ４１が行う処理として説明する。また、ＣＰＵ４１は、適宜ＲＯＭ４２および記録部４４から必要なデータをＲＡＭ４３に読み出し、ＲＡＭ４３の所定領域をワーク領域として使用して処理を行い、一時的な処理結果や最終の処理結果を適宜記録部４４に記録することとする。また、測定に必要な初期条件は予め記録部４４に記録されているとする。

（第１の精神的疲労の検出方法）
ステップＳ１において、被験者５に関する情報として、精神的疲労を感じていない状態でのフリッカーの閾値周波数ｆ0（Ｈｚ）を、操作部４７を介して受け付ける。また、周
波数変動幅ｆw（Ｈｚ）、周波数増分Δｆ（Ｈｚ）、および時間差ΔＴ（秒）を記録部４
４から読み出し、開始周波数ｆs（＝ｆ0＋ｆw）、終了周波数ｆe（＝ｆ0−ｆw）を求め、開始周波数ｆsを点滅周波数ｆに設定する。さらに、後述するように、時間差ΔＴが経過
する毎に点滅周波数ｆを周波数差Δｆだけ変化させるために、現在時刻を計時部４５から取得して時刻パラメータＴに設定する。

例えば、ｆw＝１０（Ｈｚ）、Δｆ＝１（Ｈｚ）、ΔＴ＝２（秒）とする。このとき、
被験者５の閾値周波数としてｆ0＝３４（Ｈｚ）が入力された場合、ｆs＝４４（Ｈｚ）、ｆe＝２４（Ｈｚ）となる。

ステップＳ２において、照明部２から赤外線の照明が被験者５の目に照射された状態で
、撮像部３を制御して、被験者５の目を含む領域の撮像を開始する。取得された映像データは、制御部４に伝送され、デジタルデータとして記録部４４に記録される。

ステップＳ３において、ステップＳ１で決定された現在周波数ｆ＝ｆsを用いて、発光
部１を制御して、所定強度、点滅周波数ｆおよびデューティ５０％の条件で点滅発光させる。発光部１としてＬＥＤおよびその駆動装置を用いる場合には、ＣＰＵ４１は、ＬＥＤの駆動装置に所定のタイミングで点滅周波数ｆを伝送する。それに応じて駆動装置は、点滅周波数ｆで変化する所定の電圧をＬＥＤに印加して、ＬＥＤを点滅させる。ＬＥＤに印加する電圧は、例えば、デューティが５０％の矩形波や、サイン波（コサイン波）である。

ステップＳ４において、計時部１９から現在時刻ｔを取得して時刻パラメータＴと比較し、その差（ｔ−Ｔ）が時間差ΔＴよりも小さい（ｔ−Ｔ＜ΔＴ）か否かを判断し、ｔ−Ｔ≧ΔＴであれば、ステップＳ５に移行する。

ステップＳ５において、現在の点滅周波数ｆが終了周波数ｆe以下（ｆ≦ｆe）か否かを判断し、ｆ＞ｆeであればステップＳ６に移行し、現在の点滅周波数ｆから周波数差Δｆ
を減算して新たな点滅周波数ｆとし（ｆ＝ｆ−Δｆ）、ステップＳ４で所得した現在時刻ｔを時刻パラメータＴに設定した後、ステップＳ３に移行する。これによって、新たな点滅周波数ｆを用いて点滅が行なわれる。一方、ｆ≦ｆeであると判断すれば、ステップＳ
７に移行し、発光部１の発光および撮像部２による撮像を停止させる。

以上のステップＳ２〜Ｓ６によって、開始周波数ｆsから終了周波数ｆeまで、ΔＴの時間が経過する毎に周波数差Δｆだけ点滅周波数ｆを減少させ、点滅表示させながら、被験者５の目を含む領域を撮影することができ、その映像データが記録部４４に記録される。

ステップＳ８において、記録部４４に記録された一連の動画像データをフレーム毎に画像処理し、瞳孔の大きさの変化を解析する。

まず、各フレーム画像に対してエッジ検出処理などを行い、瞳孔部分を検知して瞳孔の直径（以下、瞳孔径と記す）を画素数単位で求める。得られた瞳孔径を、一連の動画像データに対応する時系列データとして記録部４４に記録する。図４は、得られた瞳孔径を、変化させた点滅周波数と共に示したグラフである。図４では、縦方向と横方向の瞳孔径を区別して表示しているが、これらは略同じ変化をするので、以下の処理においては、それらの一方の瞳孔径（例えば縦方向の瞳孔径）を用いる。なお、瞳孔径を求める方法は、種々の画像処理を用いて行なうことができるので、説明を省略する。

次に、上記で得られた瞳孔径の時系列データを用いて、所定の連続期間（例えば、ｔ1
〜ｔ1＋１０の１０秒間）毎に、前半の連続期間（ｔ1≦ｔ＜ｔ1＋５）の瞳孔径の標準偏
差σ1と、後半の連続期間（ｔ1＋５≦ｔ＜ｔ1＋１０）の瞳孔径の標準偏差σ2とを求め、これらの差の絶対値Δσ（＝｜σ1−σ2｜）を求める。この処理を、連続期間（ｔ1〜ｔ1＋１０）をシフトさせながら行う。シフトさせる時間は、例えば１秒である。

最後に、得られた瞳孔径の標準偏差の差の絶対値Δσのうちの最大値を求め、最大値に対応する連続期間の中央に対応する時刻（ｔ1＋５）を求め、これに対応する点滅周波数
ｆを求める。上記したように、点滅周波数を制御する条件は予め決定されるので、時刻が分かれば、その時の点滅周波数を決定することができる。後述するように、ここで得られた点滅周波数ｆ（ｆ1とする）は、被験者５の測定時のフリッカーの閾値周波数に対応す
る。

ステップＳ９において、ステップＳ８で求めた閾値周波数ｆ1を、ステップ１で入力さ
れた閾値周波数ｆ0（Ｈｚ）（被験者５が精神的疲労を感じていない状態での値）と比較
して、被験者５が精神的疲労状態にあるか否かを判断する。一般に、精神的疲労状態にあれば、閾値周波数が低くなることが知られている。即ち、人は精神的疲労状態にあれば、疲労していない状態と比べて閾値周波数が低下する。従って、ｆ1とｆ0の差（例えば、絶対値｜ｆ1−ｆ0｜）が所定の値以上であれば、被験者５は精神的疲労状態にあると評価する。精神的疲労を判断するための所定値は、適宜設定すればよい。例えば、５Ｈｚを使用することができる。

以上によって、フリッカーを認識できるか否かを、ボタン押しなどによって被験者本人に申告させることなく、被験者の精神的疲労の判断に使用することができるフリッカーの閾値周波を自動的に求めることができる。

（第２の精神的疲労の検出方法）
次に、第２の精神的疲労の検出方法について説明する。第２の精神的疲労の検出方法においても、上記した第１の検出方法と同様に、図１に示した検出装置を用い、同様の測定を行なう。第２の検出方法が第１の検出方法と異なる点は、発光部１の点滅方法および瞳孔径の変化を解析する方法である。従って、ここでは、第１の検出方法と異なる内容を主として説明する。

まず、発光部１を点滅させる条件に関して説明する。図３に示したステップＳ１において、第１の検出方法と同様に、被験者５に関する情報として、精神的疲労を感じていない状態でのフリッカーの閾値周波数ｆ0（Ｈｚ）を、操作部４７を介して受け付ける。また
、周波数変動幅ｆw（Ｈｚ）、周波数増分Δｆ（Ｈｚ）、ＯＮ時間Δｔon、ＯＦＦ時間Δ
ｔoffおよび繰り返し回数Ｎを記録部１４から読み出し、開始周波数ｆs（＝ｆ0＋ｆw）、終了周波数ｆe（＝ｆ0−ｆw）を求め、開始周波数ｆsを点滅周波数ｆに設定する。ＯＮ時間Δｔonは、後述するように、発光部１を点滅させる連続時間であり、ＯＦＦ時間Δｔoffは、発光部１を発光させない連続時間である。そして、時間差ΔＴが経過する毎に点滅
周波数ｆを周波数差Δｆだけ変化させるために、現在時刻を計時部４５から取得して時刻パラメータＴに設定する。時間差ΔＴは、（Δｔon＋Δｔoff）×Ｎによって求める。

例えば、ｆw＝７．５（Ｈｚ）、Δｆ＝２．５（Ｈｚ）、Δｔon＝１０（秒）、Δｔoff＝１．５（秒）、Ｎ＝５とする。このとき、ｆ0＝３４（Ｈｚ）が入力された場合、ｆs＝４１．５（Ｈｚ）、ｆe＝２６．５（Ｈｚ）、ΔＴ＝（１０＋１．５）×５＝５７．５（
秒）となる。

発光部１を点滅させる動作に関しては、ステップＳ３〜Ｓ６と同様であるが、点滅周波数ｆを変化させるタイミング、変化させる値、処理を終了する条件には、上記で決定した値（ΔＴ、Δｆ、ｆe）を用いる。

次に、ステップＳ８において、記録部４４に記録された一連の動画像データをフレーム毎に画像処理し、瞳孔の大きさの変化を解析する処理について説明する。まず、第１の検出方法と同様に、各フレーム画像に対して画像処理を行い、瞳孔径の時系列データを求める。図５は、得られた瞳孔径を、変化させた点滅周波数と共に示したグラフである。図５は、図４と同様に縦方向と横方向の瞳孔径を区別して表示しているが、これらは略同じ変化をするので、以下の処理においては、それらの一方の瞳孔径（例えば縦方向の瞳孔径）を用いる。また、図５は、瞳孔径の時系列データから特定の点滅周波数ｆに関する部分を切り出したグラフであり、１回の点滅のＯＮおよびＯＦＦによって生じた瞳孔径の変化を示している。瞳孔径の変化の全データは、図５と同様のデータが、点滅周波数ｆ毎にＮ回分連続したデータとして求められる。

次に、瞳孔径の時系列データを用いて、発光部１がＯＦＦ状態（非発光状態）からＯＮ状態（点滅状態）に変化したときの瞳孔径の変化幅を求める。このＯＦＦ状態からＯＮ状態に変化させたことによって生じる瞳孔の変化を、光刺激オミッション反応と呼ぶ。後述するように、点滅周波数を減少させていくと、閾値周波数の前後で、光刺激オミッション反応による瞳孔径の変化が拡大傾向から縮小傾向に変化する。従ってこの変化を検出するために、次のように変化率ｒを求める。

図５に示したように、発光部１がＯＦＦ状態からＯＮ状態に変化したとき、瞳孔径は極大（図５の符号Ｍａｘで示す部分）となり、その直後に極小（図５の符号Ｍｉｎで示す部分）となる。従って、時系列データのうち、特定のオミッション反応前２秒間（ＯＦＦ状態が開始する前の２秒間）の瞳孔径の大きさの平均値を求め、これを基準値（以下ベースラインとも記す）Ｂａｓｅとし、同じオミッション反応による極大値Ｍａｘおよび極小値Ｍｉｎを求め、これらを用いて、変化率ｒ＝（Ｍａｘ−Ｂａｓｅ）／（Ｂａｓｅ−Ｍｉｎ）を求める。一連の瞳孔径の時系列データを用いて、各オミッション反応に関して変化率ｒを求める。そして、点滅周波数ｆ毎にＮ回測定しているので、Ｎ個の変化率ｒの平均値ｒavを求める。

最後に、得られた瞳孔径の変化率ｒavの値が１より大きい値（瞳孔径の拡大幅の方が縮小幅より大きい状態、即ち「拡大傾向」を表す）から、１より小さい値（瞳孔径の拡大幅の方が縮小幅より小さい状態、即ち「縮小傾向」を表す）に変化する時刻を求め、これに対応する点滅周波数ｆを求める。上記したように、点滅周波数を制御する条件は予め決定されるので、オミッション反応の時刻が分かれば、対応する点滅周波数を決定することができる。得られた点滅周波数ｆ（ｆ2とする）は、被験者５の測定時のフリッカーの閾値
周波数に対応する。

ステップＳ８で求めたフリッカー認知周波数ｆ2を用いて、ステップＳ９において被験
者５が精神的疲労状態にあるか否かを判断する処理は、第１の検出方法と同じである。即ち、ｆ2とｆ0の差（例えば、絶対値｜ｆ2−ｆ0｜）が所定の値以上であれば、被験者５は精神的疲労状態にあると評価する。

以上によって、フリッカーを認識できるか否かを、ボタン押しなどによって被験者本人に申告させることなく、被験者の精神的疲労の判断に使用することができるフリッカーの閾値周波を自動的に求めることができる。

以上、実施の形態を用いて本発明を説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されず、種々変更して実施することができる。

例えば、発光部はＬＥＤに限らず、可視光を所定周波数で点滅させて放射することができる装置であればよい。また、撮像部は、赤外線の撮像装置に限定されず、可視光の撮像装置であってもよい。また、照明部は無くてもよい。

また、発光部、撮像部、照明部を配置する位置は、任意であり、精度良く測定ができる配置であればよい。例えば、撮像部は、被験者の近傍に配置してもよく、遠距離に配置し、望遠レンズを用いて撮像してもよい。

また、上記では画像処理によって瞳孔径を求める場合を説明したが、画像処理を使用しない方法によって瞳孔径を求めてもよい。例えば、眼球からの反射光を測定し、瞳孔拡大による反射光の減少を用いて瞳孔径を求めることができる。従って、点滅光を照射しながら、眼球に照射した光の反射光を測定し、これから瞳孔径の変動を求め、これを上記と同様に処理することによって、フリッカーの閾値周波を自動的に求めることができる。

また、本願発明を携帯型の検出装置として実現することも可能である。例えば、図１に示した構成を携帯電話などに組み込むことも可能である。その場合、人は、フリッカー光を見てボタン押しをする必要はなく、フリッカー光をただ見るだけで、その間の瞳孔径の変化を計測して、精神的疲労の程度を推定することができる。点滅光は液晶画面またはＬＥＤから発生させ、そのフリッカー光を見ている間の、瞳孔の映像を携帯電話のカメラで撮影し、実際の瞳孔径または瞳孔径を反映する明度の変化を用いて、瞳孔径の変化を求めればよい。

また、上記では、点滅周波数を線形に減少させる場合を説明したが、これに限定されない。例えば、点滅周波数を低周波数から線形に増加させてもよい。また、単調な変化であればよく、非線形に単調増加または単調減少させてもよい。点滅周波数を増加させる場合には、上記した第２の検出方法では、変化率ｒavが、１より小さい値（縮小傾向を表す）から１より大きい値（拡大傾向を表す）に変化する時を検出すればよい。

また、第１の検出方法において、ｆw＝１０（Ｈｚ）、Δｆ＝１（Ｈｚ）、ΔＴ＝２（
秒）としたが、これらの値を適宜変更することができる。

また、第２の検出方法において、ｆw＝１０（Ｈｚ）、Δｆ＝２．５（Ｈｚ）、Δｔon
＝１０（秒）、Δｔoff＝１．５（秒）、Ｎ＝５としたが、これらの値を適宜変更するこ
とができる。

また、上記では、点滅周波数を変化させる開始周波数および停止周波数を、被験者のフリッカーの閾値周波数を基準に設定したが、閾値周波数の個人差はそれほど大きくないので、決まった開始周波数ｆsおよび停止周波数ｆeを用いてもよい。例えば、上限周波数として５０Ｈｚ、下限周波数として２０Ｈｚを使用することができる。

また、上記では、撮像部によって取得した映像データの全てを一旦記録し、その後に解析して瞳孔径を求める場合を説明したが、１フレームまたは数フレームの画像データを取り込む毎に、瞳孔径を求めて時刻順に記録してもよい。

また、第２の検出方法において、上記とは別の方法で、瞳孔径の変化の全データから、被験者の測定時のフリッカーの閾値周波数を求めてもよい。具体的には、各々の光刺激ＯＦＦの直前２秒間における瞳孔径の標準偏差を求め、求めた時系列の標準偏差に関して、隣接する標準偏差の差の絶対値を求め、それらのうちの最大値を決定し、これに対応する光刺激ＯＦＦの時刻を決定し、その時の点滅周波数を閾値周波数とする。これは、後述するように、閾値周波数の前後において、光刺激をＯＦＦする前の２秒間の瞳孔径の標準偏差が大きく変化することに基づいている。

また、第２の検出方法で用いたのと同じ光刺激のＯＮ／ＯＦＦシーケンスで被験者に点滅光を提示し、瞳孔径の変動に関連する脳電位反応（以下、視覚誘発脳電位反応と記す）を観察して、被験者の測定時のフリッカーの閾値周波数を求めてもよい。この場合、検出装置の構成は、図１とは異なり、照明部２及び撮像部３の代わりに、脳電位測定装置を備えており、被験者の頭部に脳電位測定装置の電極を装着して脳電位反応によって生じる電位を測定する。被験者が点滅する光刺激を受けると、脳内の磁場が変化する脳磁図反応を生じる。後述するように、連続フリッカー光刺激オミッション反応の視覚誘発脳磁図反応は、フリッカーの点滅周波数が閾値よりも低く、ちらつきが認知される場合、オミッション反応のＯＦＦ反応は小さく、点滅周波数が閾値よりも高く、ちらつきが認知されない場合、ＯＦＦ反応が大きくなることが明らかになった。一方、脳磁図反応と脳電位反応は、その活動の発生源は同じであり、よって活動強度は相互によく相関することが知られてい
る。従って、視覚誘発脳電位反応においても、視覚誘発脳磁図反応と同様の結果が得られると考えられる。即ち、フリッカー光刺激に対し、光のＯＮに対する脳電位のＯＮ反応および光のＯＦＦに対する脳電位のＯＦＦ反応が検出される。ＯＮ反応は、暗闇の状態から光の提示による光環境の変化に対する反応、ＯＦＦ反応は、光環境に対する順応状態から光のない暗闇への光環境の変化に対する反応である。ＯＮ反応の場合、最初の状態である暗闇は、条件によって変わらないので、反応に差は生じない。一方、ＯＦＦ反応は、光環境に対する順応状態、即ち順応の程度に応じて反応が変化する。従って、より明るく、より安定して、より長い時間順応していた場合、より大きなＯＦＦ反応が検出される。

この脳電位反応を用いた精神的疲労の検出方法では、光の明るさと、光を提示する時間は各条件とも同じにし、光環境の安定性、すなわち光の点滅周波数を変化させる。点滅周波数がフリッカーの閾値よりも高い周波数であるほど、被験者はちらつきを認識しにくく、光環境はより安定しており、光に対する被験者の順応は亢進されているので、結果としてより大きなＯＦＦ反応が得られ、逆に、点滅周波数がフリッカーの閾値よりも低い周波数であるほど、被験者はちらつきを認識し易く、光環境は安定しておらず、光に対する被験者の順応は阻害されているので、結果としてＯＦＦ反応は小さくなってしまうと考えられる。ＯＦＦ反応の大きさは、光環境に対する被験者の順応の度合いを表すと考えられ、被験者がフリッカーを認識し始めるということは、被験者にとって光環境が不安定になり始めるということ、すなわち被験者の順応が阻害され始め、その結果ＯＦＦ反応が小さくなり始めることになる。

この方法の一例を示すと、次の通りである。例えば、５Ｈｚのステップで、３５、４０、４５、５０、５５及び６０Ｈｚの６条件の光の点滅周波数を設定する。設定した点滅周波数のフリッカー光刺激を、点滅周波数が減少する順に、又は点滅周波数が増加する順に、周波数毎に複数回提示し、脳電位の時系列データを測定する。得られた波形データのうち、同じ周波数のフリッカー光刺激を提示して得られた波形部分に関して、ＯＮ／ＯＦＦシーケンスにおける同じタイミングの脳電位データを平均して、脳電位の加算平均波形を求める。この処理を、設定した点滅周波数毎に行なう。次に、加算平均波形において、点滅周波数によるＯＦＦ反応の振幅の変化を評価して、フリッカーの閾値周波数を求める。即ち、ＯＦＦ反応の振幅は、閾値より低い周波数では小さく、閾値より高い周波数では大きくなるので、ＯＦＦ反応の振幅が、比較的大きい状態から小さい状態に変化する（点滅周波数を減少するように変化させた場合）とき、または比較的小さい状態から大きい状態に変化する（点滅周波数を増加するように変化させた場合）ときを求めることによって、フリッカーの閾値周波数を求めることができる。例えば、点滅周波数を減少させながら測定して得られたＯＦＦ反応の振幅に関して、隣接する点滅周波数間で差の絶対値を求め、それらの絶対値の最大値を求めることによって、フリッカーの閾値周波数を求めることができる。例えば、最大の絶対値を求めるのに使用した２つのデータを得たときの２つの点滅周波数の平均値をフリッカーの閾値周波数とすればよい。この他にも種々の方法を用いて、ＯＦＦ反応の振幅の変化からフリッカーの閾値周波数を求めることが可能である。

なお、予め被験者の健常時の閾値が既知である場合、その閾値の値を中心に、より低周波数の領域により細かいステップで周波数を設定することによって、より精密に閾値を検出することができる。また、被験者のノイズ特性などのデータがある場合、より少ない加算回数で加算平均の波形を求めることができるので、さらに多くの設定周波数の条件で閾値の検出が可能となる。

場合によっては、加算平均を行なわなくてもよい。例えば、外部刺激に伴う脳電位または脳磁場の誘発反応の波形は、通常加算平均を行なって求めるが、誘発反応の波形の性質および背景のノイズなどの情報を用いてノイズ減衰フィルターを適切に設計し、これを測定データに適用すると、加算平均を行なうことなしに、単一の刺激に対する単一の反応を
検出することが可能である。フィルターとして作用し得る時間−周波数解析の一手法であるウエーブレット変数を用いる手法は、単一の刺激に対する単一の反応を検出するために適用しうる手法であると考えられる。ノイズ減衰フィルターを、フリッカー刺激ＯＦＦ反応の評価に適応した場合、単一の刺激に対する単一の反応を検出しうるため、周波数を連続的に変化させた際のＯＦＦ反応の変化から、フリッカー反応の検出が可能となる。

以下に実験例を示し、本願発明の有効性を示す。

まず、第１の検出方法に従って実験を行なった。即ち、ｆw＝１０（Ｈｚ）、Δｆ＝１
（Ｈｚ）、ΔＴ＝２（秒）として、光ＯＮ（５０％）および光ＯＦＦ（５０％）のフリッカー刺激条件におけるフリッカー光点滅周波数低下に伴うちらつきの認知と瞳孔径変動について観察した。本実験の前に、この実験条件における被験者の閾値周波数ｆ0をあらか
じめ調べた結果、３４Ｈｚであった。この結果をもとに、閾値周波数３４Ｈｚ＋１０Ｈｚ（４４Ｈｚ：フリッカー非認知条件）から閾値周波数３４Ｈｚ−１０Ｈｚ（２４Ｈｚ：フリッカー認知条件）まで、２秒に１Ｈｚづつ約４０秒かけて、点滅周波数を連続的に減少させた。そして、この過程における被験者の瞳孔を撮影した。得られたデータを用いて、瞳孔径の縦方向および横方向のピクセル数の変化を求めた。また、それと並行して、被験者にちらつきを認知し始めたらボタンを押すように指示した。

本実験では、竹井機器工業株式会社製のフリービューＤＴＳ：眼球運動追尾装置および眼球運動統計プログラムＩＩを使用した。撮影した画像から瞳孔を検出し、瞳孔径を算出する処理には、このプログラムの画像処理を用いた。例えば、瞳孔の抽出には、正規化相関法によるパターンマッチング、判別分析法による自動しきい値設定などの画像処理方法を用いた。

結果を図４に示す。図４において、最上段の波形は瞳孔径の変動を示している。中段の階段波形は、点滅周波数の変化を示す。また、最下段の階段波形は、被験者がフリッカーを認識してボタンを押したタイミングを示す。被験者は、本実験の前にあらかじめ求めておいた閾値周波数である３４Ｈｚで、フリッカーの認知を示すボタンを押した。３４Ｈｚ
以上の周波数では、瞳孔径に変化はあるが、その変化は小さかった。一方、３４Ｈｚより低い周波数になると、瞳孔径の値は大きく変化することが観察された。

被験者がボタン押しを行なった時点から５秒以前の時間帯および、その時点から５秒以降の時間帯において、瞳孔径の平均値に対する変動量を二乗平均した値、すなわち振幅の標準偏差を求めた。６例について、ボタン押しの前後の各５秒間における、瞳孔径の標準偏差を比較した。縦方向と横方向の瞳孔径の変化は、ほぼ同じであり、同様に変化するため、縦方向の瞳孔径（ピクセル数）で評価を行った。その結果、瞳孔変動の標準偏差の平均値は、ボタン押し前５秒間で２．４８±０．２９ピクセル、後５秒間で４．０６±０．３４ピクセルであり、ｔ検定の結果ｐ＝０．００１２の危険率で、前５秒間より後５秒間の振幅の標準偏差が大きいことが明らかになった。即ち、フリッカーの閾値周波数の前後の周波数で、瞳孔径の変動幅が大きく変化するので、瞳孔径の変動の標準偏差の変化を観測することによって、フリッカーの閾値周波数を決定することができる。

第２の検出方法に関連する実験を行なった。即ち、点滅周波数ｆとして、ちらつき認知の閾値周波数より７．５Ｈｚ高い場合（フリッカー非認知条件）と、７．５Ｈｚ低い場合（フリッカー認知条件）の２種類を用い、１０秒間の光刺激ＯＮ時間（Δｔon）の後に１．５秒間の光刺激ＯＦＦ時間（Δｔoff）を設け、この１．５秒間の前後の光刺激のＯＦ
Ｆ及びＯＮによって引き起こされる瞳孔径の変化について観察した。なお、実施例１と同様に、本実験の前に測定した被験者のフリッカーの閾値周波数は３４Ｈｚであったので、フリッカー非認知条件の点滅周波数は４１．５Ｈｚ、フリッカー認知条件の点滅周波数は２６．５Ｈｚとした。なお、瞳孔の撮像および瞳孔径の算出には、実施例１と同じ装置およびプログラムを使用した。

得られた結果を、図５及び６に示す。図５及び６はそれぞれ、点滅周波数が２６．５Ｈｚ、４１．５Ｈｚの場合である。

（結果１）光刺激のオミッション反応から定常的光刺激状態に対する瞳孔変動の安定化プロセス
光刺激ＯＦＦおよび光刺激ＯＮにわたって、光量ＯＦＦによる瞳孔の急激な増大と光量ＯＮによる瞳孔の急激な収縮が観察された。約５秒以降、フリッカー非認知条件（４１．５Ｈｚ）においては、瞳孔が安定化に向かうが、一方、フリッカー認知条件（２６．５Ｈｚ）においては、ある程度安定化に向かうが、変動が持続することが観察された。そこで、光刺激ＯＮ時間の後半であり、光刺激をＯＦＦする前の２秒間において、フリッカー非認知条件およびフリッカー認知条件において、瞳孔変動の振幅の平均値に対する差の二乗平均値、すなわち標準偏差を比較した。縦方向および横方向の瞳孔径の変化は、ほぼ同じであったので縦方向の瞳孔径で評価した。５例について比較を行なった。その結果、フリッカー非認知条件で、振幅の二乗平均値は、１．９８±０．３６ピクセル、フリッカー認知条件で、３．０９±０．３６ピクセルであり、ｔ検定を行なった結果、ｐ＝０．００３の危険率で、フリッカー非認知条件よりフリッカー認知条件の方が、有意に振幅が増大したことが明らかになった。

以上から、光刺激のＯＦＦとＯＮに伴う、光オミッション刺激にともなう瞳孔反応の光定常状態に対する安定化の過程において、フリッカー認知条件の方がフリッカー非認知条件より安定化しにくい、すなわち、不安定状態が持続すると考えられる。従って、持続するフリッカー光刺激とオミッションとを組み合わせた光刺激を用い、点滅周波数を段階的に変化させて、瞳孔の変動の安定化の過程を観察することによって、被験者が、実際にフリッカー光を認知しているか否かを判断できる。

（結果２）フリッカー閾値からの高・低周波数光刺激列のオミッション反応における瞳孔変動
１．５秒間に光刺激をＯＮからＯＦＦ、ＯＦＦからＯＮへと変化させるときに、光刺激ＯＦＦによる瞳孔の急激な増大と光刺激ＯＮによる瞳孔の急激な収縮が観察された。図５、６で明らかなように、フリッカー認知条件（２６．５Ｈｚ）とフリッカー非認知条件（４１．５Ｈｚ）では、光刺激オミッションに対する瞳孔の反応は異なっている。このことを明らかにするために、６例のデータを用いて、光刺激オミッション以前の１．５秒間のデータを用いてゼロベースの瞳孔径を規定し、オミッションにより、瞳孔径がゼロベースからどれだけ、拡大または縮小したかをもとめた。

まず、ゼロベースの瞳孔径よりオミッションにより瞳孔がどの程度拡大したかを、フリッカー認知条件とフリッカー非認知条件に関して求めた。その結果、フリッカー認知条件では、１３．８３±０．９１ピクセル、フリッカー非認知条件では、１９．８３±１．２５であった。ｔ検定を行なった結果、ｐ＝０．００１５の危険率で、ゼロベースに対する瞳孔拡大で、フリッカー認知条件よりフリッカー非認知条件の方が統計的に有意に大きな振幅を示した。

次に、光刺激のＯＦＦに伴う瞳孔の拡大の後に続く光刺激のＯＮで引き起こされる瞳孔縮小反応を、ゼロベースに対する減少量として、フリッカー認知条件とフリッカー非認知条件に関して求めた。その結果、フリッカー認知条件では、１６．６７±１．１５ピクセル、フリッカー非認知条件では、１０．１７±１．３０であった。ｔ検定を行なった結果、ｐ＝０．００１８の危険率で、ベースに対する瞳孔縮小で、フリッカー認知条件よりフリッカー非認知条件の方が統計的に有意に小さな振幅を示した。

上記のように、フリッカー認知条件に対しフリッカー非認知条件の方が、瞳孔拡大で大きく、瞳孔縮小で小さく、変動していることが明らかになった。別の表現を用いれば、両条件で、瞳孔径の変動幅が、フリッカー認知条件では、より瞳孔縮小傾向に、フリッカー非認知条件では、より瞳孔拡大傾向にシフトしていると言える。

従って、第２の検出方法として上記で説明したように、フリッカー光刺激列およびオミッションの光刺激列を被験者に提示し、刺激列の周波数をステップワイズに減少させ、オミッションに伴う瞳孔の拡大と縮小の変動幅を観察することによって、被験者が、どの点滅周波数からフリッカー光を認知しているかを判断できる。

以下に視覚誘発脳磁図反応に関する実験結果を示す。下記に示すように、視覚誘発脳電位反応においても同様の結果を得ることができると考えられる。

先ず、光の点滅を提示するタイミングとして、フリッカー信号ＯＮを１５００ｍｓ間持続した後、光のオミッションが１５００ｍｓ間続き、その後、別の周波数でフリッカー信号ＯＮを１５００ｍｓ持続するシーケンスを採用した。予め被験者に、１５００ｍｓの間隔でＯＮ／ＯＦＦする点滅信号を、点滅周波数を変化せて提示し、被験者のフリッカーの閾値周波数を求めた。それをもとに提示する点滅信号の周波数を決定した。即ち、光の点滅周波数として、その被験者が光のちらつきを認識しにくい、閾値周波数より２．５Ｈｚおよび７．５Ｈｚ高い周波数、さらに、被験者が光のちらつきを認識し易い、閾値周波数より２．５Ｈｚおよび７．５Ｈｚ低い周波数を決定した。光刺激オミッション時間１５００ｍｓを挟んで、４条件の周波数のフリッカー刺激をランダムに合計１００回、提示した。

後頭一次視覚野に対応するチャンネルにおいて、上記の４種類の周波数条件において、光刺激列のＯＮおよびＯＦＦ反応に対応する、視覚誘発脳磁図反応が観察された。得られた波形データを図７に示す。図７において、縦軸の磁場強度の単位はｆＴ(femto Tesla)
である。また、グラフの右下部分の４つの矢印で、各周波数に関するＯＦＦ反応の最大振幅の位置を示している。

フリッカー光刺激に対し、光のＯＮに対する脳磁図のＯＮ反応および光のＯＦＦに対する脳磁図のＯＦＦ反応が検出された。ＯＮ反応は、１５００ｍｓの暗闇の状態から光の提示による光環境の変化に対する反応、ＯＦＦ反応は、１５００ｍｓの光環境に対する順応状態から光のない暗闇への光環境の変化に対する反応である。ＯＮ反応に関しては、上記の４種類の周波数条件で大きな違いは観察されなかった。しかし、ＯＦＦ反応に関しては、閾値周波数より７．５Ｈｚおよび２．５Ｈｚ高い周波数において、大きなＯＦＦ反応が観察され、閾値周波数より２．５Ｈｚおよび７．５Ｈｚ低い周波数では、小さなＯＦＦ反応が観察された。図７に示したように、ＯＦＦ反応の変動幅の大きさは、閾値周波数に対し、＋７．５Ｈｚ、＋２．５Ｈｚ、−２．５Ｈｚ、−７．５Ｈｚの順に大きかった。

このように、閾値周波数より高い周波数において、低い周波数よりも大きなＯＦＦ反応が観察された。閾値周波数より高い周波数においては、光定常状態に対する順応がより進行しているため、ＯＦＦになった場合に大きなＯＦＦ反応が検出されたと考えられた。また、閾値周波数より低い周波数においては、光定常状態に対する順応が十分でないため、あまり大きなＯＦＦ反応は得られなかった。以上の結果から、フリッカー光刺激列の視覚誘発脳磁図のＯＦＦ反応において、ちらつきの認知に対応する光定常状態に対する順応傾向の阻害が、ＯＦＦ反応の振幅の減少という形で検出された。

この結果より、フリッカー光のちらつきの認知という反応が、大脳皮質一次視覚野の活動に直接反映されるということ、言い換えれば、フリッカー光のちらつきの認知という反応自体が、大脳皮質の活動を反映しているという事実が示された。従って、瞳孔径の変動の観察に限らず、フリッカー光刺激列による視覚誘発脳磁図または脳電位図におけるＯＦＦ反応を観察することによって、被験者のフリッカー光のちらつきの認知の状態をモニターすることができる。

本発明の実施の形態に係る精神的疲労の検出装置の構成を示すブロック図である。 図１に示した検出装置と被験者との位置関係を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る精神的疲労の検出方法を示すフローチャートである。 点滅周波数を減少させて瞳孔径の変化を観察した結果を示すグラフである。 フリッカーを認知できる周波数で点滅する光をＯＮ／ＯＦＦして瞳孔径の変化を観察した結果を示すグラフである。 フリッカーを認知できない周波数で点滅する光をＯＮ／ＯＦＦして瞳孔径の変化を観察した結果を示すグラフである。 点滅する光をＯＮ／ＯＦＦして被験者に提示して測定した脳磁図を示すグラフである。

符号の説明

１ 発光部
２ 照明部
３ 撮像部
４ 制御部
５ 被験者
４１ 演算処理部（ＣＰＵ）
４２ 不揮発性読出専用メモリ（ＲＯＭ）
４３ 揮発性書換可能メモリ（ＲＡＭ）
４４ 記録部
４５ 計時部
４６ インタフェース部（ＩＦ部）
４７ 操作部

Claims (12)

1. 時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、点滅する可視光を被験者に提示する第１ステップと、
   点滅する前記可視光が前記被験者に提示された状態で前記被験者の瞳孔径を、時系列データとして求める第２ステップと、
   前記瞳孔径の時系列データに関して、所定期間の前半期間内の前記瞳孔径の標準偏差を求めて第１標準偏差とし、該所定期間の後半期間内の前記瞳孔径の標準偏差を求めて第２標準偏差とする処理を、前記所定期間をシフトさせる毎に繰り返す第３ステップと、
   前記第１標準偏差および前記第２標準偏差の差の絶対値を求める第４ステップと、
   複数の前記絶対値の中から最大値を決定する第５ステップと、
   前記最大値として決定された絶対値の計算に使用された前記瞳孔径を取得したときの点滅周波数を求め、第１周波数とする第６ステップと、
   前記第１周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第２周波数との差の絶対値を求め、該絶対値を所定のしきい値と比較する第７ステップとを含むことを特徴とする、精神的疲労の検出装置が行う検出方法。
   
2. 時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、所定の第１期間の間点滅し、該第１期間に続く所定の第２期間の間発光を停止し、該第１期間および第２期間を繰り返して可視光を被験者に提示する第１ステップと、
   点滅する前記可視光が前記被験者に提示された状態で前記被験者の瞳孔径を求める第２ステップと、
   複数の前記第２期間毎に、前記第２期間の終了後に最初に現れる前記瞳孔径の極大値Ｍａｘと、該極大値Ｍａｘの次に現れる前記瞳孔径の極小値Ｍｉｎを求める第３ステップと、
   複数の前記第２期間毎に、前記第２期間の開始前の第３期間における前記瞳孔径の平均値Ｂａｓｅを求める第４ステップと、
   それぞれ対応する前記極大値Ｍａｘ、前記極小値Ｍｉｎおよび前記平均値Ｂａｓｅから、（Ｍａｘ−Ｂａｓｅ）／（Ｂａｓｅ−Ｍｉｎ）によって変化率を求める第５ステップと
   、
   前記変化率が、１以上の値から１より小さい値に変化するとき、または１以下の値から１より大きい値に変化するときのタイミングを求め、該タイミングに対応する前記点滅周波数を求め、第１周波数とする第６ステップと、
   前記第１周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第２周波数との差の絶対値を求め、該絶対値を所定のしきい値と比較する第７ステップとを含むことを特徴とする、精神的疲労の検出装置が行う検出方法。
   
3. 時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、所定の第１期間の間点滅し、該第１期間に続く所定の第２期間の間発光を停止し、該第１期間および第２期間を繰り返して可視光を被験者に提示する第１ステップと、
   点滅する前記可視光が前記被験者に提示された状態で前記被験者の瞳孔径を求める第２ステップと、
   複数の前記第２期間毎に、前記第２期間の開始前の第３期間内の前記瞳孔径の標準偏差を求める第３ステップと、
   時系列の複数の前記標準偏差に関して、隣接する２つの前記標準偏差の差の絶対値を求める第４ステップと、
   複数の前記絶対値の中から最大値を決定する第５ステップと、
   前記最大値として決定された絶対値の計算に使用された前記瞳孔径を取得したときの点滅周波数を求め、第１周波数とする第６ステップと、
   前記第１周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第２周波数との差の絶対値を求め、該絶対値を所定のしきい値と比較する第７ステップとを含むことを特徴とする、精神的疲労の検出装置が行う検出方法。
   
4. 時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、所定の第１期間の間点滅し、該第１期間に続く所定の第２期間の間発光を停止し、該第１期間および第２期間を繰り返して可視光を被験者に提示する第１ステップと、
   点滅する前記可視光が前記被験者に提示された状態で前記被験者の脳電位を測定する第２ステップと、
   複数の前記第２期間毎に、前記第２期間の終了後に最初に現れる前記脳電位の最大振幅を求める第３ステップと、
   時系列の複数の前記最大振幅の変化程度を求める第４ステップと、
   前記変化程度の最大値を決定する第５ステップと、
   前記最大値として決定された変化程度の計算に使用された前記脳電位を測定したときの複数の前記点滅周波数を求め、これらの複数の点滅周波数を用いて第１周波数を決定する第６ステップと、
   前記第１周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第２周波数との差の絶対値を求め、該絶対値を所定のしきい値と比較する第７ステ
   ップとを含むことを特徴とする、精神的疲労の検出装置が行う検出方法。
   
5. 点滅する可視光を放射する発光部と、
   赤外線映像を撮影する撮像部と、
   制御部とを備え、
   前記発光部が、時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、点滅する可視光を被験者に提示し、
   前記撮像部が、点滅する可視光が被験者に提示された状態で前記被験者の目を含む映像を撮影し、
   前記制御部が、
   撮影された前記映像を構成する複数のフレーム画像の各々に含まれた前記目の画像の瞳孔径を、時系列データとして求め、
   前記瞳孔径の時系列データに関して、所定期間の前半期間内の前記瞳孔径の標準偏差を求めて第１標準偏差とし、該所定期間の後半期間内の前記瞳孔径の標準偏差を求めて第２標準偏差とする処理を、前記所定期間をシフトさせる毎に繰り返し、
   前記第１標準偏差および前記第２標準偏差の差の絶対値を求め、
   複数の前記絶対値の中から最大値を決定し、
   前記最大値として決定された絶対値の計算に使用された前記フレーム画像を取得したときの点滅周波数を求め、第１周波数とし、且つ、
   前記第１周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第２周波数との差の絶対値を求め、該絶対値が所定値以上である場合に前記被験者が精神的疲労状態にあると判断することを特徴とする精神的疲労の検出装置。
6. 点滅する可視光を放射する発光部と、
   赤外線映像を撮影する撮像部と、
   制御部とを備え、
   前記発光部が、時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、所定の第１期間の間点滅し、該第１期間に続く所定の第２期間の間発光を停止し、該第１期間および第２期間を繰り返して可視光を被験者に提示し、
   前記撮像部が、点滅する前記可視光が前記被験者に提示された状態で前記被験者の目を含む映像を撮影し、
   前記制御部が、
   撮影された前記映像を構成する複数のフレーム画像の各々に含まれた前記目の画像の瞳孔径を、時系列データとして求め、
   複数の前記第２期間毎に、前記第２期間の終了後に最初に現れる前記瞳孔径の極大値Ｍａｘと、該極大値Ｍａｘの次に現れる前記瞳孔径の極小値Ｍｉｎを求め、
   複数の前記第２期間毎に、前記第２期間の開始前の第３期間における前記瞳孔径の平均値Ｂａｓｅを求め、
   それぞれ対応する前記極大値Ｍａｘ、前記極小値Ｍｉｎおよび前記平均値Ｂａｓｅから、（Ｍａｘ−Ｂａｓｅ）／（Ｂａｓｅ−Ｍｉｎ）によって変化率を求め、
   前記変化率が、１以上の値から１より小さい値に変化するとき、または１以下の値から１より大きい値に変化するときのタイミングを求め、該タイミングに対応する前記点滅周波数を求め、第１周波数とし、
   前記第１周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第２周波数との差の絶対値を求め、該絶対値が所定値以上である場合に前記被験者が精神的疲労状態にあると判断することを特徴とする精神的疲労の検出装置。
7. 点滅する可視光を放射する発光部と、
   赤外線映像を撮影する撮像部と、
   制御部とを備え、
   前記発光部が、時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、所定の第１期間の間点滅し、該第１期間に続く所定の第２期間の間発光を停止し、該第１期間および第２期間を繰り返して可視光を被験者に提示し、
   前記撮像部が、点滅する前記可視光が前記被験者に提示された状態で前記被験者の目を含む映像を撮影し、
   前記制御部が、
   撮影された前記映像を構成する複数のフレーム画像の各々に含まれた前記目の画像の瞳孔径を求め、
   複数の前記第２期間毎に、前記第２期間の開始前の第３期間内の前記瞳孔径の標準偏差を求め、
   時系列の複数の前記標準偏差に関して、隣接する２つの前記標準偏差の差の絶対値を求め、
   複数の前記絶対値の中から最大値を決定し、
   前記最大値として決定された絶対値の計算に使用された前記フレーム画像を取得したときの点滅周波数を求め、第１周波数とし、
   前記第１周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第２周波数との差の絶対値を求め、該絶対値が所定値以上である場合に前記被験者が精神的疲労状態にあると判断することを特徴とする精神的疲労の検出装置。
8. 点滅する可視光を放射する発光部と、脳電位測定部と、制御部とを備え、
   前記発光部が、時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、所定の第１期間の間点滅し、該第１期間に続く所定の第２期間の間発光を停止し、該第１期間および第２期間を繰り返して可視光を被験者に提示し、
   前記脳電位測定部が、点滅する前記可視光が被験者に提示された状態で前記被験者の脳電位を測定し、
   前記制御部が、
   複数の前記第２期間毎に、前記第２期間の終了後に最初に現れる前記脳電位の最大振幅を求め、
   時系列の複数の前記最大振幅の変化程度を求め、
   前記変化程度の最大値を決定し、
   前記最大値として決定された変化程度の計算に使用された前記脳電位を測定したときの複数の前記点滅周波数を求め、これらの複数の点滅周波数を用いて第１周波数を決定し、
   前記第１周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第２周波数との差の絶対値を求め、該絶対値が所定値以上である場合に前記被験者が精神的疲労状態にあると判断することを特徴とする精神的疲労の検出装置。
   
9. 時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、点滅する可視光を被験者に提示して得られた瞳孔径の時系列データを用いて、コンピュータに前記被験者の精神的疲労を検出させるプログラムであって、
   前記コンピュータに、
   前記瞳孔径の時系列データに関して、所定期間の前半期間内の前記瞳孔径の標準偏差を求めて第１標準偏差とし、該所定期間の後半期間内の前記瞳孔径の標準偏差を求めて第２標準偏差とする処理を、前記所定期間をシフトさせる毎に繰り返す第１の機能と、
   前記第１標準偏差および前記第２標準偏差の差の絶対値を求める第２の機能と、
   複数の前記絶対値の中から最大値を決定する第３の機能と、
   前記最大値として決定された絶対値の計算に使用された前記瞳孔径を取得したときの点滅周波数を求め、第１周波数とする第４の機能と、
   前記第１周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第２周波数との差の絶対値を求め、該絶対値が所定値以上である場合に前記被験者が精神的疲労状態にあると判断する第５の機能とを実現させることを特徴とする精神的疲労の検出プログラム。
   
10. 時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、所定の第１期間の間点滅し、該第１期間に続く所定の第２期間の間発光を停止し、該第１期間および第２期間を繰り返して可視光を被験者に提示して得られた前記被験者の瞳孔径のデータを用いて、コンピュータに前記被験者の精神的疲労を検出させるプログラムであって、
    前記コンピュータに、
    複数の前記第２期間毎に、前記第２期間の終了後に最初に現れる前記瞳孔径の極大値Ｍａｘと、該極大値Ｍａｘの次に現れる前記瞳孔径の極小値Ｍｉｎを求める第１の機能と、
    複数の前記第２期間毎に、前記第２期間の開始前の第３期間における前記瞳孔径の平均値Ｂａｓｅを求める第２の機能と、
    それぞれ対応する前記極大値Ｍａｘ、前記極小値Ｍｉｎおよび前記平均値Ｂａｓｅから、（Ｍａｘ−Ｂａｓｅ）／（Ｂａｓｅ−Ｍｉｎ）によって変化率を求める第３の機能と、
    前記変化率が、１以上の値から１より小さい値に変化するとき、または１以下の値から１より大きい値に変化するときのタイミングを求め、該タイミングに対応する前記点滅周波数を求め、第１周波数とする第４の機能と、
    前記第１周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第２周波数との差の絶対値を求め、該絶対値が所定値以上である場合に前記被験者が精神的疲労状態にあると判断する第５の機能とを実現させることを特徴とする精神的疲労の検出プログラム。
11. 時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、所定の第１期間の間点滅し、該第１期間に続く所定の第２期間の間発光を停止し、該第１期間および第２期間を繰り返して可視光を被験者に提示して得られた前記被験者の瞳孔径のデータを用いて、コンピュータに前記被験者の精神的疲労を検出させるプログラムであって、
    前記コンピュータに、
    時系列の複数の前記標準偏差に関して、隣接する２つの前記標準偏差の差の絶対値を求める第１の機能と、
    複数の前記絶対値の中から最大値を決定する第２の機能と、
    前記最大値として決定された絶対値の計算に使用された前記瞳孔径を取得したときの点滅周波数を求め、第１周波数とする第３の機能と、
    前記第１周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第２周波数との差の絶対値を求め、該絶対値が所定値以上である場合に前記被験者が精神的疲労状態にあると判断する第４の機能とを実現させることを特徴とする精神的疲労の検出プログラム。
    
12. 時間経過に伴って開始周波数から終了周波数まで単調かつ階段状に点滅周波数を変化させながら、所定の第１期間の間点滅し、該第１期間に続く所定の第２期間の間発光を停止し、該第１期間および第２期間を繰り返して可視光を被験者に提示して測定された、前記被験者の脳電位を用いて、コンピュータに前記被験者の精神的疲労を検出させるプログラムであって、
    前記コンピュータに、
    複数の前記第２期間毎に、前記第２期間の終了後に最初に現れる前記脳電位の最大振幅を求める第１の機能と、
    時系列の複数の前記最大振幅の変化程度を求める第２の機能と、
    前記変化程度の最大値を決定する第３の機能と、
    前記最大値として決定された変化程度の計算に使用された前記脳電位を測定したときの複数の前記点滅周波数を求め、これらの複数の点滅周波数を用いて第１周波数を決定する第４の機能と、
    前記第１周波数と、疲労していない状態における前記被験者のフリッカーの閾値周波数である第２周波数との差の絶対値を求め、該絶対値が所定値以上である場合に前記被験者が精神的疲労状態にあると判断する第５の機能とを実現させることを特徴とする精神的疲労の検出プログラム。

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