JP6312193B2 - 覚醒装置及びシート - Google Patents
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Description
本発明は、覚醒装置及び覚醒装置を備えるシートに係り、特に、覚醒度を判定する機能を有する覚醒装置及び覚醒装置を備えるシートに関する。
近年、安定した車両運転のために運転者の体調変化を検出することが必要となり、このために、運転者の状態を示す各種パラメータを検出して演算することで、体調変化、特に覚醒度の判定する技術が種々提案されている。
例えば、特許文献１には、心拍信号から心拍周期時系列を取得し、心拍周期時系列に高速フーリエ変換処理をし、これによって得られるパワースペクトルの積分を繰り返し行って心拍ゆらぎ低周波成分パワーを取得し、心拍ゆらぎ低周波成分パワーに基づいて運転者の覚醒度を判定する技術が開示されている。
また、特許文献２には、覚醒時において所定拍数分又は所定時間のＲＲＩ（R-R Interval）の平均値を超えるＲＲＩの積分値の所定倍を閾値として計算しておき、その後同様にして求めたＲＲＩのうち、上記の平均値を超えるものを積分して求め、この積分値が閾値を超えている時に覚醒度が低下していると判定する技術が開示されている。
特許文献１の技術によると、高速フーリエ変換処理と、パワースペクトルの積分を繰り返し行って、眠気発生の有無を判定する指標となる心拍ゆらぎ低周波成分パワーを算出しなければならなく、その解析処理に時間がかかっていた。このため、覚醒度の判定が遅れることで、着座者への報知が遅れることがあった。
また、データの連続性が損なわれると、正しい結果が出ず、欠損値やノイズ混入に伴い検出が不可能になったり、精度が急激に低下するといったロバスト性が低いことが問題だった。
また、データの連続性が損なわれると、正しい結果が出ず、欠損値やノイズ混入に伴い検出が不可能になったり、精度が急激に低下するといったロバスト性が低いことが問題だった。
また、特許文献２の技術によると、ＲＲＩの積分値のみを覚醒度の判定の指標として用いているため、その積分範囲内のＲＲＩの大小に左右されるために検出精度が低かった。例えば、眠気発生の序盤においては、眠気の発生に抗うために交感神経が瞬時的に活発化することがある。この場合に、交感神経が活発化することに伴ってＲＲＩの値が瞬時的に低くなることがあり、このような瞬時的なＲＲＩの低下を含めて積分した値を判定基準とする特許文献２の技術によると、正確に覚醒度を判定することが難しかった。
そのため、覚醒判定のための処理の負荷が低く、覚醒度の判定の正確性が高い覚醒装置、当該覚醒装置を備えるシート、及び覚醒度判定方法が望まれていた。
そのため、覚醒判定のための処理の負荷が低く、覚醒度の判定の正確性が高い覚醒装置、当該覚醒装置を備えるシート、及び覚醒度判定方法が望まれていた。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、覚醒判定のための処理の負荷が低く、覚醒度判定の正確性が高い覚醒装置、及び該覚醒装置を備えるシートを提供することにある。
更に、正確な覚醒度の判定に基づいて、人の覚醒状態を好適に維持することを他の目的とする。
更に、正確な覚醒度の判定に基づいて、人の覚醒状態を好適に維持することを他の目的とする。
前記課題は、本願発明の第１の観点に係る覚醒装置によれば、人の心電位信号を取得する心拍センサと、該心拍センサから得られた前記心電位信号を演算する演算部と、前記心電位信号に係る心電波形について、Ｒ波の間隔であるＲＲＩ（R-R Interval）の推移であるＲＲＩ波形を生成する波形生成部と、前記心電位信号に基づいて前記人の覚醒状態を判定する判定部と、を備え、前記演算部は、前記波形生成部によって生成された前記ＲＲＩ波形のうち、直前のＲＲＩの値よりも前記ＲＲＩの値が低くなる時点をアンカーとして、前記アンカーの数だけ前記ＲＲＩ波形を複製し、前記ＲＲＩ波形の前記アンカー時点が同位相となるように複製した前記ＲＲＩ波形の時間軸を移動して、各時間軸における前記ＲＲＩの平均値として定義されるＰＲＳＡ（Phase-Rectified Signal Averaging）信号を算出し、前記波形生成部は、前記ＰＲＳＡ信号に基づきＰＲＳＡ信号波形を生成し、生成された前記ＰＲＳＡ信号波形のうち、前記アンカー時点の前記ＰＲＳＡ信号をＸ（０）、前記アンカー直後の心拍の前記ＰＲＳＡ信号をＸ（１）、前記アンカー直前の心拍の前記ＰＲＳＡ信号をＸ（−１）、前記Ｘ（−１）が得られる時点の直前の心拍の前記ＰＲＳＡ信号をＸ（−２）と定義して、下記数式１によってＡＣｎを定義した場合に、前記演算部は、所定時間における前記ＲＲＩの平均値と前記ＡＣｎの平均値とを算出し、前記判定部は、前記演算部によって算出された値を基に、前記ＲＲＩの平均値に対して直後の前記ＲＲＩの平均値が低くなった場合で、且つ、前記ＡＣｎの平均値の定数α倍に対して直後の前記ＡＣｎの平均値が低くなった場合に、前記人が低覚醒状態にあると判定すること、により解決される。
このように、判定部が、ＲＲＩの値とＰＲＳＡ信号の値とに応じて、人の覚醒状態と低覚醒状態とを判定することによって、心拍の周波数を解析して覚醒度を判定するものよりも処理負荷を低減することができ、人の覚醒状態を、ＲＲＩの値のみによって判定する場合よりも正確に判定することが可能となる。
具体的には、演算部は、所定時間におけるＲＲＩの平均値とＡＣｎの平均値とを算出し、判定部は、演算部によって算出された値を基に、ＲＲＩの平均値に対して次のＲＲＩの平均値が低くなった場合で、且つ、ＡＣｎの平均値の定数α倍に対して次のＡＣｎの平均値が低くなった場合に、人が低覚醒状態にあると判定するようにすることで、人の覚醒状態をＲＲＩの値のみによって判定する場合よりも正確な判定が可能となる。
また、前記αは、１．０〜２．０であると好ましい。
このように、αを１．０〜２．０にすることで、人の覚醒状態の判定をより正確に行うことができる。
このように、αを１．０〜２．０にすることで、人の覚醒状態の判定をより正確に行うことができる。
また、前記演算部は、２０〜３００秒ごとに、前記ＲＲＩの平均値と前記ＡＣｎの平均値とを算出し、前記判定部は、前記演算部によって算出された前記ＲＲＩの平均値と前記ＡＣｎの平均値とに基づいて覚醒状態を判定するようにしてもよい。
このように、演算部が、２０〜３００秒ごとに、ＲＲＩの平均値とＡＣｎの平均値とを算出し、判定部は、ＲＲＩの平均値とＡＣｎの平均値とに基づいて覚醒状態を判定するようにすることで、人の覚醒状態の判定をより正確にすることができる。
このように、演算部が、２０〜３００秒ごとに、ＲＲＩの平均値とＡＣｎの平均値とを算出し、判定部は、ＲＲＩの平均値とＡＣｎの平均値とに基づいて覚醒状態を判定するようにすることで、人の覚醒状態の判定をより正確にすることができる。
更に、前記αは、１．４であると好ましい。
このように、前記αが１．４であると、人の覚醒状態の判定をより正確にすることができる。
このように、前記αが１．４であると、人の覚醒状態の判定をより正確にすることができる。
また、前記演算部は、６０秒ごとに、前記ＲＲＩの平均値と前記ＡＣｎの平均値とを算出することようにしてもよい。
このように、演算部は、６０秒ごとに、ＲＲＩの平均値とＡＣｎの平均値とを算出することで、人の覚醒状態の判定をより正確にすることができる。
このように、演算部は、６０秒ごとに、ＲＲＩの平均値とＡＣｎの平均値とを算出することで、人の覚醒状態の判定をより正確にすることができる。
また、前記人又は周囲の者に報知する報知装置と、前記人が低覚醒状態にあると前記判定部が判定した場合に、前記人又は前記周囲の者に報知するように前記報知装置を駆動する駆動部と、を備えるようにすると好ましい。
このように人が低覚醒状態にあると判定部が判定した場合に、駆動部が、人又は周囲の者に報知するように報知装置を駆動するようにすることで、人の覚醒を促したり、人又は周囲の者は、人の覚醒維持のための対策をとることができる。
このように人が低覚醒状態にあると判定部が判定した場合に、駆動部が、人又は周囲の者に報知するように報知装置を駆動するようにすることで、人の覚醒を促したり、人又は周囲の者は、人の覚醒維持のための対策をとることができる。
前記課題は、本願発明の第２の観点に係るシートによれば、着座者が着座するシートクッションと、前記着座者の背もたれとなるシートバックと、前記覚醒装置と、を備え、前記心拍センサは前記シートバックに配設されていることにより解決される。
このように、シートが上記覚醒装置を備えることで、着座者の覚醒状態を、ＲＲＩの値のみによって判定する場合よりも正確に判定することが可能となる。
このように、シートが上記覚醒装置を備えることで、着座者の覚醒状態を、ＲＲＩの値のみによって判定する場合よりも正確に判定することが可能となる。
本発明によれば、心拍の周波数を解析して覚醒度を判定するものよりも処理負荷を低減することができ、人の覚醒状態を正確に判定することが可能な覚醒装置、及び該覚醒装置を備えるシートを提供することができる。
また、本発明によれば、人の覚醒状態を好適に維持することができる。
また、本発明によれば、人の覚醒状態を好適に維持することができる。
以下、本発明に係る覚醒装置、覚醒装置を備えるシート、覚醒度判定方法の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。
まず、本実施形態に係る覚醒装置１０について、図１を参照して説明する。ここで、図１は、本発明の実施形態に係る覚醒装置１０の全体構成を示す図である。
本実施形態に係る覚醒装置１０は、着座者の覚醒度の判定を心拍に係る電位差信号に基づいて行うものであり、図１に示すように、２枚のシート状の心拍センサ２０及び振動モータＭをシートバック２の内部に備える車両用シートＳと、心拍センサ２０に信号処理回路３０を介して接続されて振動モータＭを制御する制御装置７０と、から主に構成される。
本実施形態に係る覚醒装置１０は、着座者の覚醒度の判定を心拍に係る電位差信号に基づいて行うものであり、図１に示すように、２枚のシート状の心拍センサ２０及び振動モータＭをシートバック２の内部に備える車両用シートＳと、心拍センサ２０に信号処理回路３０を介して接続されて振動モータＭを制御する制御装置７０と、から主に構成される。
車両用シートＳは、着座者が着座するシートクッション１と、着座者の背もたれとなるシートバック２とを備え、シートバック２の内部の着座者側近傍に心拍センサ２０と振動モータＭが設けられている。
心拍センサ２０は、静電容量型センサであり、着座者に静電容量結合することによってその身体電位を検出するもので、導電性の金属導体、導電性繊維又は導電性布テープから成る。
信号処理回路３０は、心拍センサ２０及び制御装置７０に接続され、心拍センサ２０から検出された身体電位を増幅し、電位差信号を出力し、心電周波数以外の電位差信号のノイズを除去し、デジタル信号に変換する機能を有する。
制御装置７０は、不図示のＲＡＭによって構成される格納部７２と、不図示のＲＯＭに記憶されたプログラムが不図示のＣＰＵによって実行されることによって機能する、電圧波形データを生成する波形生成部７３ａと、覚醒判定のためのデータ演算を行う演算部７３ｂと、覚醒判定を行う判定部７３ｃと、振動モータＭを駆動する駆動部７３ｄとを備える。
格納部７２は、演算制御中の信号及び入出力される信号を含むパラメータを一時記憶するものであり、本実施形態においてデジタル信号に変換された電位差信号その他の信号を格納するものである。
波形生成部７３ａは、心拍センサ２０から得られた電位差信号から電圧波形データを生成するものである。
演算部７３ｂは、波形生成部７３ａによって生成された電圧波形データに基づいて後述する演算を行うものである。
判定部７３ｃは、演算部７３ｂによって演算されたデータを指標として覚醒度の判定を行うものである。
駆動部７３ｄは、着座者の覚醒度の低下の判定に応じて振動モータＭを駆動して着座者に振動刺激を付与するものである。
波形生成部７３ａは、心拍センサ２０から得られた電位差信号から電圧波形データを生成するものである。
演算部７３ｂは、波形生成部７３ａによって生成された電圧波形データに基づいて後述する演算を行うものである。
判定部７３ｃは、演算部７３ｂによって演算されたデータを指標として覚醒度の判定を行うものである。
駆動部７３ｄは、着座者の覚醒度の低下の判定に応じて振動モータＭを駆動して着座者に振動刺激を付与するものである。
＜覚醒度判定処理＞
次に、上記のように構成された覚醒装置１０の覚醒度判定処理について、図２〜図７を参照して、演算方法を具体的に述べながら説明する。なお、覚醒装置１０による覚醒維持処理については後述する。
ここで、図２は、覚醒度判定処理の一例を示すフローチャート、図３は、心電波形を示す模式図である。
更に、図４は、ＲＲＩの経時的変化を示す図であり、時間の前後におけるＲＲＩの対比において、後のＲＲＩが低くなる点をアンカーとした状態を示す図、図５は、図４に示す波形をアンカーの数だけ複製し、複製した波形についてアンカーとした点の時間軸を合わせた状態を示す図、図６は、図５の複数の波形をインデックスで平均化して得られるＰＲＳＡ信号を示す図である。
更に、図７（ａ）は、ＲＲＩと、ＲＲＩの６０秒ごとの平均値であるＲＲＩｍとを示す図、図７（ｂ）は、ＡＣと、ＡＣの６０秒ごとの平均値であるＡＣｍと、６０秒間のＡＣの平均値であるＡＣｍ（ｔ）をα倍したものとを示す図である。
次に、上記のように構成された覚醒装置１０の覚醒度判定処理について、図２〜図７を参照して、演算方法を具体的に述べながら説明する。なお、覚醒装置１０による覚醒維持処理については後述する。
ここで、図２は、覚醒度判定処理の一例を示すフローチャート、図３は、心電波形を示す模式図である。
更に、図４は、ＲＲＩの経時的変化を示す図であり、時間の前後におけるＲＲＩの対比において、後のＲＲＩが低くなる点をアンカーとした状態を示す図、図５は、図４に示す波形をアンカーの数だけ複製し、複製した波形についてアンカーとした点の時間軸を合わせた状態を示す図、図６は、図５の複数の波形をインデックスで平均化して得られるＰＲＳＡ信号を示す図である。
更に、図７（ａ）は、ＲＲＩと、ＲＲＩの６０秒ごとの平均値であるＲＲＩｍとを示す図、図７（ｂ）は、ＡＣと、ＡＣの６０秒ごとの平均値であるＡＣｍと、６０秒間のＡＣの平均値であるＡＣｍ（ｔ）をα倍したものとを示す図である。
本実施形態に係る覚醒度判定処理は、覚醒低下状態の初期段階に生じ、意識的に眠気を覚まそうとする際の交感神経の活性化に伴って低下する後述するＡＣ（Acceleration Capacity）を覚醒判定の指標の一つとして実行される処理である。
本実施形態に係る覚醒度判定処理の流れを説明しながら各処理内容の詳細を説明する。まず、心拍センサ２０は、車両のエンジンを始動又は不図示のスタートスイッチの押下に応じて、着座者から生体電位に応じた電位信号を検出する。
心拍センサ２０によって検出された電位信号は、信号処理回路３０を介して、制御装置７０の格納部７２に電位差データとして格納される。つまり、制御装置７０が、着座者の心拍に係る電位差データを取得する（ステップＳ１１）。
次に、波形生成部７３ａが、取得された心拍センサ２０における電位差データに基づき、電位差と時間とを軸とする図３に示すような心電波形データを生成する（ステップＳ１２）。
次に、演算部７３ｂが、生成された心電波形データのうち、電位差が瞬時的に大きく現れる波形であるＲ波と隣接するＲ波との時間的間隔であるＲＲＩを算出し、図７（ａ）に示すように、６０秒を１区間として、区間ごとにＲＲＩの平均値ＲＲＩｍを算出する。
次に、判定部７３ｃは、算出された１区間のＲＲＩｍ（ｔ）と、次の区間のＲＲＩｍ（ｔ＋１）とを比較して、ＲＲＩｍ（ｔ＋１）が直前のＲＲＩｍ（ｔ）よりも低い値であるかを判定する（ステップＳ１３）。
ＲＲＩｍ（ｔ＋１）がＲＲＩｍ（ｔ）よりも低い値であると判定した場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、演算部７３ｂは、ＰＲＳＡ（Phase-Rectified Signal Averaging）信号を算出する（ステップＳ１４）。ＲＲＩｍ（ｔ＋１）がＲＲＩｍ（ｔ）以上の値であれば（ステップＳ１３：Ｎｏ）、判定部７３ｃは、着座者が覚醒状態にあると判定する（ステップＳ１８）。
ここで、ＰＲＳＡ信号とは、ＲＲＩの所定の変動時点を基準として、選択した所定期間のＲＲＩを、部分時系列で平均化したものをいう。
ＰＲＳＡ信号の算出方法について、図４〜図６を参照して具体的に説明する。図４〜６は、ＲＲＩを縦軸とし、経時的順序を示すインデックスを横軸とする図である。
図４に示すように、ＲＲＩを１０点計測したグラフ（つまり、心拍の１１拍のデータに基づくＲＲＩのグラフ）から、そのそれぞれのＲＲＩの値のうち、その値が得られる直前のＲＲＩの値よりも低くなっている点をアンカーγ１，γ２，γ３とする。
なお、データ誤検出による影響を軽減するため、直前のＲＲＩから５％を超える減少があるものについては、アンカーの設定対象から除外する。
ＰＲＳＡ信号の算出方法について、図４〜図６を参照して具体的に説明する。図４〜６は、ＲＲＩを縦軸とし、経時的順序を示すインデックスを横軸とする図である。
図４に示すように、ＲＲＩを１０点計測したグラフ（つまり、心拍の１１拍のデータに基づくＲＲＩのグラフ）から、そのそれぞれのＲＲＩの値のうち、その値が得られる直前のＲＲＩの値よりも低くなっている点をアンカーγ１，γ２，γ３とする。
なお、データ誤検出による影響を軽減するため、直前のＲＲＩから５％を超える減少があるものについては、アンカーの設定対象から除外する。
次に、図５に示すように、アンカーγ１，γ２，γ３の数だけ、つまり、本説明においては３つだけ、ＲＲＩを結ぶグラフを複製して、アンカーγ１，γ２，γ３の横軸についてのインデックスが同位相となるように、ＲＲＩを結ぶグラフを横軸方向に平行移動して揃える。そして、横軸のインデックスが一致するＲＲＩの平均値を算出し、インデックスそれぞれのＲＲＩの平均値を繋げたものとして算出されるものが、図５に示し、図６に拡大して示すＰＲＳＡ信号である。このように、アンカーγ１，γ２，γ３を設定して各インデックスにおいて平均値を算出して得られるＰＲＳＡ信号によって、瞬時的な心拍数の減少の前後において共通する特性を有する変動パターンが得られる。
また、以下の説明において、同位相となるように揃えたアンカーγ１，γ２，γ３を単にアンカーγと称呼する。なお、上記説明においては、理解を容易にするため３つのＲＲＩを結ぶグラフからＰＲＳＡ信号を算出するものとして説明したが、図５に示すＰＲＳＡ信号は、より多くのＲＲＩを結ぶグラフを複製し合成したものを例示している。
次に、演算部７３ｂは、算出されたＰＲＳＡ信号に基づいてＡＣを算出する（ステップＳ１５）。
ここで、ＡＣとは、ＰＲＳＡ信号によって平均化されたＲＲＩの減少部分を解析することによって、交感神経の活動を定量化するためのものである。ＡＣは、アンカーγ時点のＰＲＳＡ信号をＸ（０）、アンカーγ直後のＰＲＳＡ信号をＸ（１）、アンカーγ直前のＰＲＳＡ信号をＸ（−１）、Ｘ（−１）が得られる時点の直前のＰＲＳＡ信号をＸ（−２）と定義した場合に、下記式１によって定義される値である。
ここで、ＡＣとは、ＰＲＳＡ信号によって平均化されたＲＲＩの減少部分を解析することによって、交感神経の活動を定量化するためのものである。ＡＣは、アンカーγ時点のＰＲＳＡ信号をＸ（０）、アンカーγ直後のＰＲＳＡ信号をＸ（１）、アンカーγ直前のＰＲＳＡ信号をＸ（−１）、Ｘ（−１）が得られる時点の直前のＰＲＳＡ信号をＸ（−２）と定義した場合に、下記式１によって定義される値である。
ここで、ＡＣの算出に、ＰＲＳＡ信号のうち上記の４点を用いており、隣接するＲＲＩの減少傾向を示すものとして十分であるが、これに限らず、更に多くの点を用いて算出するようにしてもよい。
次に、６０秒を１区間として区間ごとにＡＣの平均値を算出し、隣接する区間のＡＣの平均値を比較する。具体的には、図７（ｂ）に示すように、隣接する区間のＡＣの平均値をＡＣｍ（ｔ）、ＡＣｍ（ｔ＋１）、とした場合に、直前のＡＣｍ（ｔ）のα倍と直後のＡＣｍ（ｔ＋１）とを比較する（ステップＳ１６）。ここで、係数αは、１．０〜２．０であり、より好ましくは１．４である。
このように比較して、ＡＣｍ（ｔ＋１）がＡＣｍ（ｔ）のα倍よりも低い値であれば（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、着座者が低覚醒状態にあると判定する（ステップＳ１７）。一方、ＡＣｍ（ｔ＋１）がＡＣｍ（ｔ）のα倍以上の値であれば（ステップＳ１６：Ｎｏ）、着座者が覚醒状態にあると判定する（ステップＳ１８）。
最後に、制御装置７０は、着座者による不図示のストップスイッチの押下等による処理終了の指示があるかどうかを判断し（ステップＳ１９）、指示がない場合には電位差データを取得するステップＳ１１に戻り（ステップＳ１９：Ｎｏ）、処理終了の指示がある場合には処理を終了する（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）。
上記覚醒度判定処理については、特に、ステップＳ１３に記載のＲＲＩｍ（ｔ＋１）がＲＲＩｍ（ｔ）よりも小さいという条件と、ステップＳ１６に記載のＡＣｍ（ｔ＋１）がＡＣｍ（ｔ）のα倍よりも小さいという条件の双方を満たしていなければ、総合評価として低覚醒状態であると判定されない。
なお、ステップＳ１３においてＲＲＩの平均値であるＲＲＩｍを算出する区間、及びステップＳ１６においてＡＣの平均値であるＡＣｍを算出する区間に関して、６０秒を１区間としたが、これに限らず、２０〜３００秒を１区間としてもよい。この区間を長く設定するほど、覚醒判定が遅くなるが、各パラメータを平均化するための抽出データ数が多くなるため覚醒判定の信頼性は高くなる。
なお、ステップＳ１３においてＲＲＩの平均値であるＲＲＩｍを算出する区間、及びステップＳ１６においてＡＣの平均値であるＡＣｍを算出する区間に関して、６０秒を１区間としたが、これに限らず、２０〜３００秒を１区間としてもよい。この区間を長く設定するほど、覚醒判定が遅くなるが、各パラメータを平均化するための抽出データ数が多くなるため覚醒判定の信頼性は高くなる。
＜具体的な覚醒判定例＞
次に、覚醒装置１０を搭載した車両を運転した場合に、上記の覚醒度判定処理がどのようになされるかを、図８、図９に示す実測データを参照して、具体的に説明する。
ここで、図８は、カーブ連続走行時における被験者のＲＲＩｍとＡＣｍの変化を示す図、図９は、高速道路走行時における被験者のＲＲＩｍとＡＣｍの変化を示す図である。
次に、覚醒装置１０を搭載した車両を運転した場合に、上記の覚醒度判定処理がどのようになされるかを、図８、図９に示す実測データを参照して、具体的に説明する。
ここで、図８は、カーブ連続走行時における被験者のＲＲＩｍとＡＣｍの変化を示す図、図９は、高速道路走行時における被験者のＲＲＩｍとＡＣｍの変化を示す図である。
これらの図において、各時点のグラフに示されたＲＲＩｍは、その時点後１分間に得られたＲＲＩの平均値であり、同様に、各時点のグラフに示されたＡＣｍは、その時点後１分間に得られたＡＣの平均値である。特に、本実測における覚醒判定において、前後区間のＡＣｍを比較するための定数αを１．４と設定して、各グラフに示して覚醒評価をするものとする。
（カーブ連続走行時のデータについて）
まず、カーブ連続走行時のＲＲＩｍについて着目する。図８において、２，７分時点のＲＲＩｍを示すポイントに破線の円を囲んで示す。ここで示すように、１分時点のグラフに示されたＲＲＩｍに比較して、その直後の区間について示す２分時点のグラフに示されたＲＲＩｍの値は低下しており、また、６分時点のグラフに示されたＲＲＩｍに比較して、その直後である７分時点のグラフに示されたＲＲＩｍの値は低下している。つまり、これらの破線の円で囲んだ時点においては、低覚醒状態であると判定されるＲＲＩｍの条件は満たすこととなる。
まず、カーブ連続走行時のＲＲＩｍについて着目する。図８において、２，７分時点のＲＲＩｍを示すポイントに破線の円を囲んで示す。ここで示すように、１分時点のグラフに示されたＲＲＩｍに比較して、その直後の区間について示す２分時点のグラフに示されたＲＲＩｍの値は低下しており、また、６分時点のグラフに示されたＲＲＩｍに比較して、その直後である７分時点のグラフに示されたＲＲＩｍの値は低下している。つまり、これらの破線の円で囲んだ時点においては、低覚醒状態であると判定されるＲＲＩｍの条件は満たすこととなる。
更に、カーブ連続走行時のＡＣｍについて着目する。８分時点のＡＣｍを示すポイントに破線の円を囲んで示す。ここで示すように、７分時点に記載されたＡＣｍをα倍したものと比較して、その直後の区間について示す８分時点のＡＣｍの値は低下している。つまり、この破線の円で囲んだ時点においては、低覚醒状態であると判定されるＡＣｍの条件は満たすこととなる。
しかしながら、上記のように、低覚醒と判断されるためのＲＲＩｍの条件とＡＣｍの条件の双方を同区間において満たしていなければ、総合評価として低覚醒状態であると判定されない。結果として、カーブ連続走行時の被験者については、図８に示されるデータによっては、全区間において低覚醒状態ではなく、換言すると、覚醒状態が維持されていたと判定される。
（高速道路走行時のデータについて）
次に、高速道路走行時のＲＲＩｍについて着目する。図９に、測定開始後の２，３，６，８分時点のＲＲＩｍを示すポイントに破線の円で囲んで示す。ここで示すように、それぞれの直前のＲＲＩｍに比較して、その直後の区間について示す２，３，６，８分時点のＲＲＩｍの値は低下しており、これらの破線の円で囲んだ時点においては、低覚醒状態であると判定されるＲＲＩｍの条件は満たすこととなる。
次に、高速道路走行時のＲＲＩｍについて着目する。図９に、測定開始後の２，３，６，８分時点のＲＲＩｍを示すポイントに破線の円で囲んで示す。ここで示すように、それぞれの直前のＲＲＩｍに比較して、その直後の区間について示す２，３，６，８分時点のＲＲＩｍの値は低下しており、これらの破線の円で囲んだ時点においては、低覚醒状態であると判定されるＲＲＩｍの条件は満たすこととなる。
更に、高速道路走行時のＡＣｍについて着目すると、測定開始後の１，２，４，８分時点のＡＣｍを示すポイントに破線の円を囲んで示すように、それぞれの直前の時点に記載されたＡＣｍをα倍したものと比較して、その直後の区間について示す１，２，４，８分時点のＡＣｍの値は低下している。これらの破線の円で囲んだ時点においては、低覚醒状態であると判定されるＡＣｍの条件は満たすこととなる。
ここで、２，８分時点においては、低覚醒と判断されるためのＲＲＩｍの条件とＡＣｍの条件との双方を満たしている。よって、高速走行時の被験者においては、総合評価として、２，８分時点で低覚醒状態であると判断されることとなる。
＜覚醒維持処理＞
次に、上記の覚醒度判定処理によって低覚醒状態であるという判定結果に応じて振動モータＭを駆動する覚醒維持処理について説明する。
まず、心拍センサ２０は、車両のエンジンを始動又は不図示のスタートスイッチの押下に応じて、着座者から生体電位に応じた電位信号を検出する。
次に、上記の覚醒度判定処理によって低覚醒状態であるという判定結果に応じて振動モータＭを駆動する覚醒維持処理について説明する。
まず、心拍センサ２０は、車両のエンジンを始動又は不図示のスタートスイッチの押下に応じて、着座者から生体電位に応じた電位信号を検出する。
心拍センサ２０によって検出された電位信号は、信号処理回路３０を介して、制御装置７０の格納部７２に電位差データとして格納される。つまり、制御装置７０が、着座者の心拍に係る電位差データを取得する（ステップＳ２１）。
次に、波形生成部７３ａが、取得された心拍センサ２０における電位差データに基づき、電位差と時間とを軸とする図３に示すような心電波形データを生成する（ステップＳ２２）。
次に、演算部７３ｂが、生成された心電波形データのうち、電位差が瞬時的に大きく現れる波形であるＲ波と隣接するＲ波との時間的間隔であるＲＲＩを算出し、図７（ａ）に示すように、６０秒を１区間として区間ごとにＲＲＩの平均値ＲＲＩｍを算出する。
次に、判定部７３ｃは、算出されたＲＲＩｍ（ｔ）と、次の６０秒間の平均であるＲＲＩｍ（ｔ＋１）とを比較して、ＲＲＩｍ（ｔ＋１）が直前のＲＲＩｍ（ｔ）よりも低い値であるかを判定する（ステップＳ２３）。
判定部７３ｃが、ＲＲＩｍ（ｔ＋１）がＲＲＩｍ（ｔ）以上の値であると判定した場合（ステップＳ２３：Ｎｏ）、電位差データを取得するステップＳ２１に戻り、判定部７３ｃが、ＲＲＩｍ（ｔ＋１）がＲＲＩｍ（ｔ）よりも低い値であると判定した場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、演算部７３ｂは、ＰＲＳＡ信号を算出する（ステップＳ２４）。
更に、演算部７３ｂは、算出されたＰＲＳＡ信号に基づいてＡＣを算出する（ステップＳ２５）。
次に、６０秒を１区間として区間ごとにＡＣの平均値を算出し、隣接する区間のＡＣの平均値を比較する。具体的には、図７に示すように、隣接する区間のＡＣの平均値をＡＣｍ（ｔ）、ＡＣｍ（ｔ＋１）、とした場合に、直前のＡＣｍ（ｔ）のα倍と直後のＡＣｍ（ｔ＋１）とを比較する（ステップＳ２６）。ここで、係数αは、１．０〜２．０であり、より好ましくは１．４である。
このように比較して、ＡＣｍ（ｔ＋１）がＡＣｍ（ｔ）のα倍以上であれば（ステップＳ２６：Ｎｏ）、電位差データを取得するステップＳ２１に戻り、一方、ＡＣｍ（ｔ＋１）がＡＣｍ（ｔ）のα倍よりも低い値であれば（ステップＳ２６：Ｙｅｓ）、駆動部７３ｄは、振動モータＭを駆動する（ステップＳ２７）。
駆動部７３ｄは、振動モータＭの駆動を所定時間継続し（ステップＳ２８）、その後に振動モータＭを停止する（ステップＳ２９）。
最後に、制御装置７０は、着座者による不図示のストップスイッチの押下等による処理終了の指示があるかどうかを判断し（ステップＳ３０）、指示がない場合には電位差データを取得するステップＳ２１に戻り（ステップＳ３０：Ｎｏ）、処理終了の指示がある場合には処理を終了する（ステップＳ３０：Ｙｅｓ）。
上記の覚醒維持処理によって、着座者の覚醒が低下していることを示すＲＲＩｍとＡＣｍの条件が揃った場合に、振動モータＭを駆動して着座者に刺激を付与することができ、効果的に着座者の覚醒を維持することができる。
なお、ステップＳ２３においてＲＲＩの平均値であるＲＲＩｍを算出する区間、及びステップＳ２６においてＡＣの平均値であるＡＣｍを算出する区間に関して、６０秒を１区間としたが、これに限らず、２０〜３００秒を１区間としてもよい。この区間を長く設定するほど、覚醒判定が遅くなるが、各パラメータを平均化するための抽出データ数が多くなるため覚醒判定の信頼性は高くなる。
更に、上記実施形態においては、覚醒判定の比較対象として、ＰＲＳＡ信号のうち、Ｘ（１）、Ｘ（−１）、Ｘ（０）、Ｘ（−２）という指標の数である定数４で割ったものの平均値としてのＡＣｍを隣接する区間で比較しているが、前後の区間のＡＣを比較した場合に、定数４は前後の区間に共通して存在するため、ＡＣの定義式中の分母にある定数４は必ずしも必要なものではない。よって、前後の区間のＡＣの平均値を比較するのではなく、次に式２として定義するＡＣｎの平均値を比較するようにしてもよい。
本実施形態では、主として本発明に係る覚醒装置、シート、覚醒度判定方法に関して説明した。
ただし、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするための一例に過ぎず、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
ただし、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするための一例に過ぎず、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
例えば、上記実施形態において、覚醒装置が、着座者の低覚醒状態を判定した場合に、振動モータＭによって、着座者に刺激を加えるものとして説明したが、刺激による報知方法に限らず、他の形態によって低覚醒状態を報知するようにしてもよい。例えば、覚醒装置は、低覚醒状態と判定した場合に、スピーカーによってアラーム音声を発するようにしてもよく、発光器によって、光を発するようにしてもよい。更に、同乗者に知らせるように、車内に設けられたディスプレイに表示するようにしてもよい。
上記実施形態では、具体例として自動車搭載可能な車両用シートについて説明したが、これに限定されることなく、飛行機、船等の乗物用シートとしても利用することができる。更には、映画館用、劇場用のシート、リラクゼーションシート等のその他のシートに採用するようにしてもよい。
Ｓ 車両用シート
１ シートクッション
２ シートバック
１０ 覚醒装置
２０ 心拍センサ
３０ 信号処理回路
７０ 制御装置
７２ 格納部
７３ａ 波形生成部
７３ｂ 演算部
７３ｃ 判定部
７３ｄ 駆動部
Ｍ 振動モータ
１ シートクッション
２ シートバック
１０ 覚醒装置
２０ 心拍センサ
３０ 信号処理回路
７０ 制御装置
７２ 格納部
７３ａ 波形生成部
７３ｂ 演算部
７３ｃ 判定部
７３ｄ 駆動部
Ｍ 振動モータ
Claims (7)
- 人の心電位信号を取得する心拍センサと、
該心拍センサから得られた前記心電位信号を演算する演算部と、
前記心電位信号に係る心電波形について、Ｒ波の間隔であるＲＲＩ（R-R Interval）の推移であるＲＲＩ波形を生成する波形生成部と、
前記心電位信号に基づいて前記人の覚醒状態を判定する判定部と、を備え、
前記演算部は、前記波形生成部によって生成された前記ＲＲＩ波形のうち、直前のＲＲＩの値よりも前記ＲＲＩの値が低くなる時点をアンカーとして、前記アンカーの数だけ前記ＲＲＩ波形を複製し、前記ＲＲＩ波形の前記アンカー時点が同位相となるように複製した前記ＲＲＩ波形の時間軸を移動して、各時間軸における前記ＲＲＩの平均値として定義されるＰＲＳＡ（Phase-Rectified Signal Averaging）信号を算出し、
前記波形生成部は、前記ＰＲＳＡ信号に基づきＰＲＳＡ信号波形を生成し、
生成された前記ＰＲＳＡ信号波形のうち、前記アンカー時点の前記ＰＲＳＡ信号をＸ（０）、前記アンカー直後の心拍の前記ＰＲＳＡ信号をＸ（１）、前記アンカー直前の心拍の前記ＰＲＳＡ信号をＸ（−１）、前記Ｘ（−１）が得られる時点の直前の心拍の前記ＰＲＳＡ信号をＸ（−２）と定義して、下記数式１によってＡＣｎを定義した場合に、
前記演算部は、所定時間における前記ＲＲＩの平均値と前記ＡＣｎの平均値とを算出し、
前記判定部は、前記演算部によって算出された値を基に、前記ＲＲＩの平均値に対して直後の前記ＲＲＩの平均値が低くなった場合で、且つ、前記ＡＣｎの平均値の定数α倍に対して直後の前記ＡＣｎの平均値が低くなった場合に、前記人が低覚醒状態にあると判定することを特徴とする覚醒装置。
- 前記αは、１．０〜２．０であることを特徴とする請求項１に記載の覚醒装置。
- 前記演算部は、２０〜３００秒ごとに、前記ＲＲＩの平均値と前記ＡＣｎの平均値とを算出し、
前記判定部は、前記演算部によって算出された前記ＲＲＩの平均値と前記ＡＣｎの平均値とに基づいて前記人の覚醒状態を判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の覚醒装置。 - 前記αは、１．４であることを特徴とする請求項１に記載の覚醒装置。
- 前記演算部は、６０秒ごとに、前記ＲＲＩの平均値と前記ＡＣｎの平均値とを算出することを特徴とする請求項３に記載の覚醒装置。
- 前記人又は周囲の者に報知する報知装置と、前記人が低覚醒状態にあると前記判定部が判定した場合に、前記人又は前記周囲の者に報知するように前記報知装置を駆動する駆動部と、を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の覚醒装置。
- 着座者が着座するシートクッションと、前記着座者の背もたれとなるシートバックと、請求項１に記載の覚醒装置と、を備え、
前記心拍センサは前記シートバックに配設されていることを特徴とするシート。
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