JPH06333183A - 覚醒度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 作業者の覚醒度の低下を正確かつ迅速に検出
する。 【構成】 瞼動測定手段10は作業者のまぶたの動きを測
定し瞼動信号を出力する。瞼動パラメータ検出手段30は
瞼動測定手段10が測定した作業者のまぶたの動きを表す
瞼動信号よりまぶたの動きの特徴量としての瞼動パラメ
ータ信号を検出する。皮膚電気活動パラメータ検出手段
40は皮膚電気活動測定手段20が測定した作業者の皮膚電
気活動をあらわす皮膚電気活動信号より皮膚電気活動パ
ラメータ信号を検出する。観察時間調節手段50は皮膚電
気活動パラメータ信号に基づき観察時間を決定する。覚
醒度判定手段60は決定された観察時間内の瞼動パラメー
タ信号の発生量を算出するとともに、該発生量と予め設
定した基準値とを比較することにより、作業者の覚醒度
の判定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車運転等の作業者
の覚醒度の低下を、正確かつ迅速に検出する覚醒度検出
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の運転や産業上の各種装置の操
作等を行っている作業者の覚醒度低下や居眠りは、重大
な事故の原因となる危険性が高いため、作業者に覚醒度
の低下を警告したり安全のための処置を施すための正確
かつ迅速な覚醒度検出装置が望まれている。

【０００３】従来のこの種の装置として、例えば特開昭
６０−５９２号公報に記載のように、作業者の瞬き動作
を測定し、その信号波形の変化から覚醒度を検出するも
のが知られている。これは、瞬きにおけるまぶたの動き
が覚醒度の低下に伴って緩慢になることに着目し、まぶ
たの動く速度や閉眼時間などのパラメータを各々の所定
値と比較し、覚醒度の低下を検出するものである。

【０００４】また、他の従来装置として、例えば特開平
３−１５１９３８号公報に記載のように、作業者の皮膚
電位を測定し、その変化から覚醒度を検出するものが知
られている。これは、皮膚電位の緩徐な変化や刺激に対
する一時的変化、すなわち皮膚電位水準や皮膚電位反射
が覚醒度と関係があることに着目し、皮膚電位水準の絶
対値の低下や皮膚電位反射の発生頻度の低下から覚醒度
低下を検出するものである。これと類似した従来装置と
して作業者の皮膚電気抵抗を測定するものも知られてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の従来技
術である瞬きによる覚醒度の検出においては、瞬きが随
意運動でもあるため、作業者の意識的な動き、癖、ある
いは偶発的な動き等のノイズとなる覚醒度以外の因子の
影響も受け易く、そのため一定の観察時間瞬き測定を続
け、その間の特徴量の平均値を求めて判定していた。し
かし、精度を向上させるには上記の観察時間を少なくと
も１分程度（すなわち、瞬き回数が所定回発生する時
間）以上に長くする必要があるため、この従来技術では
検出の正確さと迅速性を両立させることが困難であり、
自動車運転等各種作業の安全性を十分向上できないとい
う問題があった。

【０００６】一方、後者の従来技術である皮膚電位や皮
膚電気抵抗に基づく覚醒度検出では、これら皮膚電気活
動が汗腺の作用に関係しており、その作用は自律神経の
交感神経のみにより支配され、作業者の意識の支配を受
けないため、上述のようなノイズの影響が少ない利点が
ある。しかしながら、交感神経の活動レベルすなわち神
経線維からのインパルス数は、各種作業を実行するため
の認知や判断など高度な精神活動を行う大脳皮質の覚醒
度そのものを反映するものではなく、むしろ大脳皮質の
覚醒度を維持するための刺激量を反映するものである。
そのため、皮膚電気活動により作業者が興奮傾向にある
か鎮静傾向にあるかを知ることができるものの、特に覚
醒度低下の初期状態では、皮膚電気活動は生理的な特性
のみでなく、眠気に抵抗する意志的な努力や行動などの
違いに起因する個人差や生体リズム変化などの影響が大
きく、高い判定精度が得られないという問題があった。

【０００７】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みな
されたもので、作業者の覚醒度の低下を正確かつ迅速に
検出することのできる覚醒度検出装置を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の覚醒度検出装置は、図１に示すように、作
業者のまぶたの動きを測定し瞼動信号を出力する瞼動測
定手段と、前記瞼動信号よりまぶたの動きの特徴量を表
す瞼動パラメータを検出する瞼動パラメータ検出手段
と、作業者の皮膚電気活動を測定し皮膚電気活動信号を
出力する皮膚電気活動測定手段と、前記皮膚電気活動信
号に基づいて皮膚電気活動パラメータを検出する皮膚電
気活動パラメータ検出手段と、前記皮膚電気活動パラメ
ータに基づき前記瞼動パラメータの観察時間を決定する
観察時間調節手段と、前記決定された観察時間内の前記
瞼動パラメータ信号の発生量と予め設定した基準値とを
比較することにより作業者の覚醒度の判定を行う覚醒度
判定手段とを備えることを特徴とする。

【０００９】なお、前記瞼動パラメータ検出手段は、瞬
きによる閉眼時間または瞬きの発生間隔時間の少なくと
もいずれか一方を前記瞼動パラメータとして検出するよ
うに構成してもよい。

【００１０】また、前記皮膚電気活動測定手段は皮膚電
位あるいは皮膚抵抗を測定するとともに皮膚電気活動パ
ラメータ検出手段は皮膚電位あるいは皮膚抵抗の一時的
変化の発生頻度を検出するように構成してもよい。

【００１１】次に本発明の作用について説明する。瞼動
測定手段１０は、作業者のまぶたの動きを測定し、時系
列信号である瞼動信号として出力する。瞼動パラメータ
検出手段３０は、瞼動測定手段の出力する瞼動信号よ
り、まぶたの動きの特徴量を瞼動パラメータとして検出
する。皮膚電気活動測定手段２０は、例えば作業者の手
などの、皮膚に発生する皮膚電気活動量を測定し、時系
列信号である皮膚電気活動信号を出力する。皮膚電気活
動パラメータ検出手段４０は、皮膚電気活動測定手段の
出力する皮膚電気活動信号より、作業者が興奮傾向にあ
るか鎮静傾向にあるかを表す特徴量として皮膚電気活動
の変動の特徴量を皮膚電気活動パラメータとして検出す
る。観察時間調節手段５０は、検出された皮膚電気活動
パラメータに基づき、瞼動パラメータの観察時間を決定
する。覚醒度判定手段６０は、検出された瞼動パラメー
タ信号を、観察時間調節手段によって決定された観察時
間の間観察し、瞼動パラメータ信号の前記観察時間内に
おける発生量（例えば、観察時間における瞼動パラメー
タ信号の平均値、或いは、観察時間内の瞼動パラメータ
信号の発生回数）と、該発生量に対応して予め設定した
基準値とを比較することにより、作業者の覚醒度の判定
を行う。

【００１２】上記のように構成した本発明によれば、ま
ぶたの動きと皮膚電気活動とを測定し、皮膚電気活動パ
ラメータより作業者が興奮傾向にあるか鎮静傾向にある
かを検出しそれに基づいて観察時間を決定するととも
に、該観察時間における瞼動パラメータを検出し、その
結果と基準値に基づいて覚醒度を判定することにより、
迅速かつ高精度の覚醒度の検出が可能である。

【実施例】

【００１３】以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図２は本実施例の基本的な構成を示すもの
で、本実施例では瞼動パラメータとして瞬きの閉眼時間
と発生間隔を検出し、皮膚電気活動パラメータとして皮
膚電位変化の発生頻度を検出している。

【００１４】図２において、１１ａ、１１ｂは作業者の
上まぶたと下まぶたにそれぞれ１個づつ密着固定する１
組の瞼動測定電極であり、眼電位測定回路１２は前記電
極間に発生する眼電位（ＥＯＧ）を検出増幅し、図３に
例示するような波形を瞼動信号として出力する。閉眼時
間検出回路３１は前記眼電位測定回路１２で得られた瞼
動信号より瞬き時の閉眼時間Ｔ_d を検出し、瞬き間隔検
出回路３２は瞼動信号より瞬きの発生間隔Ｔ_i を検出す
る。

【００１５】平均値計算回路６１、６２は、それぞれ、
前記閉眼時間検出回路３１および瞬き間隔検出回路３２
で得られた各パラメータ信号の平均値を演算するもので
あり、その平均計算のための時間幅は後述する観察時間
調節回路５１により決定される。

【００１６】一方、２１ａ、２１ｂは作業者の手掌と手
首にそれぞれ密着固定し皮膚電位を測定する１組の皮膚
電位測定電極であり、皮膚電位測定回路２２は手首に固
定した電極２１ｂを基準とした手掌に固定した電極２１
ａの電位を検出増幅する。電位変化発生頻度検出回路４
１は前記皮膚電位測定回路２２で得られた皮膚電位信号
より皮膚電位の一時的変化の発生頻度ρを検出する。

【００１７】観察時間調節回路５１は、前記電位変化発
生頻度検出回路４１の出力ρより前記平均値計算回路６
１、６２における平均値計算時間を決定する。また比較
器６３、６４は、前記平均値計算回路６１、６２の出力
が予め設定されたそれぞれの基準値を越えたとき、Ｈレ
ベル信号を出力するものであり、ＯＲ回路６５は前記比
較器６３または６４の少なくともいずれか一方がＨレベ
ル信号を出力している時、覚醒度低下信号を出力する。

【００１８】次に、上述のように構成した本実施例装置
の作用について説明する。まず、作業者のまぶたに瞼動
測定電極１１ａ、１１ｂを装着し、眼電位測定回路１２
によりまぶたの動きを測定するとともに、作業者の手掌
および手首に皮膚電位測定電極２１ａ、２１ｂをそれぞ
れ装着し、皮膚電位測定回路２２により皮膚電位を測定
する。

【００１９】この測定が開始されると、閉眼時間検出回
路３１および瞬き間隔検出回路３２は眼電位測定回路１
２の出力する瞼動信号としての眼電位信号より、瞬きに
おける閉眼時間Ｔ_d および瞬きの発生間隔時間Ｔ_i をそ
れぞれ検出し、一方、電位変化発生頻度検出器４１は皮
膚電位測定回路２２の出力する皮膚電位信号より、その
一時的変化すなわち皮膚電位反射の発生頻度ρを検出す
る。

【００２０】ここで、図３に示すように、閉眼時間Ｔ_d
および瞬きの発生間隔時間Ｔ_i は、それぞれ、瞬きによ
り発生する眼電位パルスの半値幅および眼電位パルスの
ピークとピークとの間の時間幅として検出される。ま
た、皮膚電位反射は、図４の各矢印で示される皮膚電位
の急激なパルス状の変化であり、皮膚電位反射の発生頻
度ρは単位時間におけるそのパルス数として検出され
る。

【００２１】なお、閉眼時間Ｔ_d は、瞬きにより発生す
る眼電位パルス波の勾配が最大となる時点と最小（即ち
負の勾配の最大）となる時点との間の時間幅より求めて
もよい。この場合は、検出精度は若干低下するが、検出
が容易であるという効果がある。

【００２２】観察時間調節回路５１は、前記皮膚電位反
射の発生頻度より、平均値計算回路６１、６２における
平均値計算のための時間幅τを、次のような手順で決定
する。

【００２３】すなわち、皮膚電位反射が例えば１回／分
よりも頻繁に生じている場合は、作業者に対して頻繁に
外的および作業に対する熱中等の内的な刺激が与えられ
ており、すなわち作業者は興奮傾向にあり、覚醒度が低
下している可能性は低く、かつノイズの混入する可能性
が高いため、平均値計算時間τを例えば６０秒程度に長
くする。これにより、覚醒度低下以外の要因による少数
回の閉眼時間の長い瞬きが発生しても、誤って覚醒度が
低下していると判定する事態を防止できるとともに、閉
眼時間の長い瞬きが長く続く場合は覚醒度が低下してい
ると判定できる。

【００２４】一方、皮膚電位反射の発生が例えば１回／
分よりも少ないときは、作業者に与えられる刺激が少な
いかまたは、刺激が与えられても作業者がそれに反応し
なくなった状態、すなわち作業者は鎮静傾向にあり、覚
醒度の低下している可能性が高くかつノイズの混入する
可能性が低いため平均値計算時間τを例えば３０秒程度
に短くする。これにより、早期に覚醒度判定を行い、判
定の遅れを防止することができる。

【００２５】さらに、パルス状の変化である皮膚電位反
射が発生しない状態が長時間（例えば１０分以上）継続
する場合は、覚醒度低下の可能性が著しく高いため、一
回の瞬き信号に基づいて直ちに覚醒度の判定を行う。こ
れにより、特に危険を伴う作業中での覚醒度判定を、瞬
時かつ正確に行うことができる。

【００２６】なお、上記平均値計算時間は瞬きの回数で
指定することもできる。その場合、例えば、上記平均値
計算時間６０秒および３０秒に対し、それぞれ２０回お
よび１０回とすることが可能であるが、これらの値は作
業者の個人差を考慮して決めることができる。

【００２７】平均値計算回路６１および平均値計算回路
６２は、前記平均値計算時間τに基づいて、それぞれ閉
眼時間検出回路３１からの閉眼時間信号Ｔ_d および瞬き
間隔検出回路３２からの瞬き間隔信号Ｔ_i の、時間τに
関する各平均値を計算する。

【００２８】平均値計算回路６１および６２から各パラ
メータの平均値信号が出力されると、比較器６３および
６４は、平均値計算回路６１、６２の出力がそれぞれの
基準値より大きい場合Ｈレベル信号を出力し、そうでな
い場合はＬレベル信号を出力し覚醒度の判定を行う。な
お、基準値は覚醒度低下の程度を判定するための基準で
あり、作業開始直後の閉眼時間および瞬き発生間隔の各
平均値を十分な覚醒状態と仮定し、これらをもとに各作
業に要求される覚醒度に対応する係数を考慮して決めれ
ばよく、また、別の機会の結果に基づいて決定しておい
てもよい。ＯＲ回路６５は平均値計算回路６１または６
２のいずれか１つがＨレベルのとき覚醒度低下と判定し
出力する。

【００２９】なお、上記実施例では、瞬きにおける閉眼
時間および瞬きの発生間隔に対し、それぞれ１つの基準
値を設定し、その基準値に基づき２段階の判定を行う例
を示したが、瞬きの各パラメータ信号に対しそれぞれ２
つ以上の基準値を設定し、３段階以上の判定を行うこと
も可能である。

【００３０】本実施例装置によれば、作業者の皮膚電位
反射の発生頻度に応じて、皮膚電位反射が頻繁に生じて
いる場合には、瞼動パラメータの平均値計算時間を長く
設定し、一方、皮膚電位反射の発生が少ない場合には、
平均値計算時間を短く設定するとともに、皮膚電位反射
が発生しない状態が長時間継続する場合には前記平均値
計算をすることなく１回の瞬き信号に基づき覚醒度判定
を行うので、作業者の多様な覚醒状態にも、正確かつ迅
速に覚醒度を検出することができる。

【００３１】なお前記実施例においては、第１のパラメ
ータである瞬きパラメータの観察時間における平均値を
計算し、この平均値に基づき覚醒度を判定する例につい
て述べたが、平均値を計算する代わりに、例えば、決定
された観察時間τ内において、各瞬きパラメータ信号が
各基準値を越える回数の全瞬き回数に対する比率を検出
し、その比率に基づいて覚醒度を判定することも可能で
ある。

【００３２】なお、前記実施例では、瞼動パラメータと
して、瞬きの閉眼時間と発生間隔を検出したが、本発明
はこれに限るものでなく、まぶたの動く振幅等を検出し
覚醒度判定因子として使用することも可能である。この
場合は、観察時間調節回路５１は、上記実施例と同様
に、観察時間τによるまぶたの動きの振幅の平均値の算
出、その平均値と基準値との比較、およびＯＲ回路によ
る判定を行う。さらにまた、同様に瞼動パラメータとし
て、瞼動信号波形の勾配そのものを用いることも可能で
ある。

【００３３】また、前記実施例では、皮膚電気活動パラ
メータとして皮膚電位反射の発生頻度を検出したが、皮
膚電位反射の振幅や皮膚電位レベル、さらには皮膚電気
抵抗等を検出することもできる。

【００３４】また、前記実施例では、瞼動測定手段とし
て電極と眼電位測定回路を用いてまぶたの動きを測定し
たが、本発明はこれに限るものでなく、瞳およびまぶた
等による光の反射率変化を利用した測定手段、あるいは
作業者の顔面を撮影しその画像からまぶたの動きを検出
する手段等を用いることもできる。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
まぶたの動きと皮膚電気活動を測定し、各々の特徴を有
効に組み合わせて覚醒度を判定するように構成したた
め、覚醒度変化を正確かつ迅速に検出することができ、
したがって、作業者の覚醒度低下による事故を防止する
ための有効な情報を提供することができる。

【００３６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図３】瞼動測定手段の出力波形の例である。

【図４】皮膚電気活動測定手段の出力波形の例である。

【符号の説明】

瞼動測定手段１０ 皮膚電気活動測定手段２０ 瞼動パラメータ検出手段３０ 皮膚電気活動パラメータ検出手段４０ 観察時間調節手段５０ 覚醒度判定手段６０

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作業者のまぶたの動きを測定し瞼動信号
   を出力する瞼動測定手段と、 前記瞼動信号よりまぶたの動きの特徴量を表す瞼動パラ
   メータを検出する瞼動パラメータ検出手段と、 作業者の皮膚電気活動を測定し皮膚電気活動信号を出力
   する皮膚電気活動測定手段と、 前記皮膚電気活動信号に基づいて皮膚電気活動パラメー
   タを検出する皮膚電気活動パラメータ検出手段と、 前記皮膚電気活動パラメータに基づき前記瞼動パラメー
   タの観察時間を決定する観察時間調節手段と、 前記決定された観察時間内の前記瞼動パラメータ信号の
   発生量と予め設定した基準値とを比較することにより作
   業者の覚醒度の判定を行う覚醒度判定手段とを備えるこ
   とを特徴とする覚醒度検出装置。
2. 【請求項２】 前記瞼動パラメータ検出手段は、瞬きに
   よる閉眼時間または瞬きの発生間隔時間の少なくともい
   ずれか一方を前記瞼動パラメータとして検出することを
   特徴とする請求項１に記載の覚醒度検出装置。
3. 【請求項３】 前記皮膚電気活動測定手段は、皮膚電位
   あるいは皮膚抵抗を測定するとともに、前記皮膚電気活
   動パラメータ検出手段は皮膚電位あるいは皮膚抵抗の一
   時的変化の発生頻度を皮膚電気活動パラメータとして検
   出することを特徴とする請求項１に記載の覚醒度検出装
   置。