JPH1029444A

JPH1029444A - 居眠り運転検出装置

Info

Publication number: JPH1029444A
Application number: JP18609096A
Authority: JP
Inventors: Michiharu Yamada; 道治山田; Satoshi Wakayama; 聡若山
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1996-07-16
Filing date: 1996-07-16
Publication date: 1998-02-03

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は居眠り運転検出装置に関し、より高
速かつ確実で、しかもローコストな居眠り運転検出を行
うことを目的とする。【解決手段】本発明の居眠り運転検出装置は、赤外線
発光素子（ＬＥＤ）１、赤外線検出素子（ＰＤ）２、判
定回路３、駆動回路４、及び警告装置５、で構成され、
さらに、判定回路３はＡ／Ｄ変換及び増幅回路３ａとマ
イクロコンピュータ３ｂを有する。駆動回路４により駆
動される赤外線発光素子１は運転者の身体（例えば顔
面）６に赤外線を照射し、照射された赤外線は運転者の
顔面又は皮下組織で散乱され、散乱光の一部の赤外線は
光─電気信号に変換され判定回路３に送られ、判定回路
３は検出された赤外線の変動を判定して運転者の覚醒状
態あるいは居眠り状態を検出し、警告を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、疲労等に伴う居眠
り運転を防止するための安全装置に係わり、特に自動車
等の車両の運転時における居眠り運転検出装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
交通安全意識の高まりに伴い、運転者の覚醒度を判断
し、居眠り運転を警告する多種多様な技術が開示されて
いる。例えば、車両のステアリングホイールに電極を埋
め込み、右手と左手を電極とし、これらの電極から運転
者の心電信号を検出し、心電信号の変動に基づいて居眠
り運転を検出する居眠り運転防止装置が提案されてい
る。

【０００３】しかしながら、運転者はステアリングホイ
ールに常時、右手と左手を接触させているわけではな
く、従って、この方法では常時、居眠り運転検出が出来
ないという問題があった。そこで、赤外線を運転者の顔
面に照射し、ＣＣＤカメラでその眼を撮影し、眼の開閉
によって変化するＣＣＤ信号を画像処理することにより
瞬きの変化を検出し、居眠り運転を検出しようとする居
眠り運転防止装置が提案されている。

【０００４】しかしながら、この方法ではＣＣＤカメラ
で運転者の眼を撮影し、眼の開閉によって変化するＣＣ
Ｄ信号を画像処理して瞬きを検出するため、高速で演算
する画像処理装置が必要となり、コスト的な問題から実
用に至っていない。本発明の目的は、上述の従来の問題
に鑑み、より高速かつ確実で、しかもローコストな居眠
り運転検出装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、運
転者の身体に光を照射し、身体にて吸収及び散乱された
光の変動を光検出素子で受け、その検出信号を処理して
居眠り運転を検出することにある。このような構成によ
って、従来のステアリングホイールと両手の間で電極を
利用して検出する方法における問題点や、高価なＣＣＤ
カメラと高速演算する画像処理装置を必要とする問題点
を解消し、より高速かつ確実で、しかもローコストな居
眠り運転検出装置を提供することができる。

【０００６】請求項２の発明では、判定回路での検出結
果において、運転者の脈拍の変動を検出したときは居眠
り状態であると判定し、また、請求項３の発明では、判
定回路での検出結果において、運転者の身体の動きを検
出したときは覚醒状態であると判定し、さらに、請求項
４の発明では、判定回路での検出結果において、運転者
の身体の動きを検出したときは、検出された身体の動き
信号の合間に得られる脈拍の変動よる信号を、覚醒状態
を判定する基準信号として記憶し、順次、前記脈拍変動
による信号を前記基準信号と比較し、比較の結果、信号
パターンの変化が検出された時は居眠り状態の信号とし
て居眠り運転を判定する。

【０００７】このような検出結果の処理によって、運転
者が居眠り状態であるか、覚醒状態であるか、を確実に
判定することができる。さらに、請求項５の発明によれ
ば、判定回路における検出結果に基づいて運転者に注意
を喚起させるための警告を発生する警告装置をさらに備
えたので、運転者に対して確実に警告を発生することが
できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の要部構成図であ
る。図中、１は赤外線発光素子（ＬＥＤ）、２は赤外線
検出素子（ＰＤ）、３は判定回路、４は駆動回路、５は
警告装置、６は運転者の顔面、である。さらに、判定回
路３内の３ａはＡ／Ｄ変換及び増幅回路であり、３ｂは
マイクロコンピュータである。

【０００９】このような構成において、駆動回路４によ
り駆動される赤外線発光素子１は運転者の顔面６に赤外
線を照射し、赤外線検出素子２は顔面６から反射してく
る赤外線を検出し、判定回路３は検出された赤外線の変
動を判定して居眠り運転を警告する。本発明の具体的な
動作を以下に説明する。本実施例では、赤外線を用いる
が、可視光であっても同様の効果が得られる。しかし、
顔面に照射する場合は、運転の支障とならないように注
意する必要がある。また、照射部位は、顔である必要は
なく、首、後頭部、手、足、身体のどの部位でもよい。

【００１０】赤外線発光素子１は駆動回路４からの電気
信号を光信号に変換し、運転者の顔面６に赤外線を照射
する。照射された赤外線は運転者の顔面又は皮下組織で
散乱されるが、散乱光の一部の赤外線を赤外線検出素子
２が検出し、光信号から電気信号に変換され判定回路３
に送られる。赤外線発光素子１は、例えば、赤外線発光
ＬＥＤ、レーザ、ヒータ等、を利用することができる
が、コスト面からはＬＥＤが適切である。また、赤外線
検出素子（ＰＤ）２は、例えば、フォトダイオード、フ
ォトトランジスタ、光電変換素子、等を利用することが
できる。

【００１１】さらに、赤外線検出素子２で得られた検出
信号は判定回路３に送られ、Ａ／Ｄ変換及び増幅回路３
ａにてアナログ─デジタル変換されて増幅され、マイク
ロコンピュータ３ｂに送られる。図２は赤外線の吸収及
び散乱を説明するための要部説明図である。図中、１１
は赤血球による吸収赤外線、２１は組織による散乱赤外
線、６１は皮膚表面（皮下組織）、６２は血管、６３は
赤血球、６４は脈動、である。照射された赤外線の一部
は、皮下組織６１の血管６２を流れる血液に含まれる赤
血球６３により吸収される。そのため、赤外線検出素子
２で検出される信号は赤血球により吸収された赤外線の
量（赤血球による吸収赤外線１１に対応）だけ減衰す
る。

【００１２】ここで、生体組織の赤外線吸収量とその波
長及び赤血球濃度との関係について、以下に図５及び図
６に沿って説明する。図５（Ａ），（Ｂ）は生体組織の
赤外線吸収量を示すグラフ（その１）であり、赤外線吸
収量が波長に依存する場合である。（Ａ）は赤血球に含
まれるヘモグロビン（Ｈｂ）とミオグロビン（Ｍｂ）の
赤外線吸光度が波長に依存することを示している（な
お、実線は酸素化型、点線は脱酸素化型であり、Ｈｂ：
０．３７ｍＭ，Ｍｂ：０．１５ｍＭである）。また、
（Ｂ）は赤外線吸光度の差と波長の関係を示し、実線は
ミオグロビン、点線はヘモグロビンである）。

【００１３】一般に、生体組織内で紫外線─可視光線─
赤外線を吸収する物質は限られているが、図５に示すよ
うに、赤血球に含まれる酸素化ヘモグロビンと脱酸素化
ヘモグロビン、及び筋肉に含まれる酸素化ミオグロビン
と脱酸素化ミオグロビンは、７００〜１２００ｎｍの波
長の赤外線を吸収する。なお、ヘモグロビンは赤外線領
域に限らず可視光線領域の光も吸収する。しかし、生体
への光の透過についてはレイリーの散乱（注．一般に、
レイリーの散乱は放射波長に比べて著しく小さく、しか
も独立な粒子により生じ、周波数変化が伴わない光の散
乱を指す。この散乱の特徴は散乱光が放射波長の４乗に
反比例する。）に従い、散乱量は波長の４〜５乗に反比
例し、波長が長い程透過し易くなるため、赤外線が利用
されている。

【００１４】図６は生体組織の赤外線吸収量を示すグラ
フ（その２）であり、赤外線吸収量が赤血球濃度（ヘマ
トクリット）に依存する場合である。横軸の赤血球濃度
は血液中の赤血球の占める体積パーセントであり濃度に
比例する。吸光度と赤血球濃度との関係は Twersky の
理論に基づいている（即ち、図示の実線は Twerskyの理
論曲線を示す）。

【００１５】このように、赤外線吸収量は赤血球濃度に
も依存することが確認されている。この性質を利用して
生体内の酸素消費量を検出するパルスオキシメータ、或
いは接触式の脈拍計等が各社から実用化されている（例
えば、特開平７─２１３５００号公報）。次に、赤血球
と脈拍との関係を以下に図面に沿って説明する。皮下組
織の血液中に含まれる赤血球は、心臓の拍動に同期して
量が変動（図２の脈動６４を参照）しており、赤外線検
出素子２で得られる信号はこの脈動により変動し、この
変動量を計測することにより脈動を計測することができ
る。

【００１６】一般に、脈動は、心臓の拍動によって血液
が押し出されるときに血液が動脈を一時的に広げ、血液
壁の弾力性により再びもとに戻ることにより発生する。
その時の血管の振動が動脈に沿って伝搬していくのが脈
拍であり、心臓の拍動と同じリズムで発生し、毎秒４〜
９ｍで伝搬する。図３は赤外線検出素子で検出された脈
動信号のグラフであり、（Ａ）は顔面を静止した状態で
の特性である。一方、（Ｂ）は顔面を動かした状態での
特性である。

【００１７】運転者が左右の運転状況確認や脇見等のた
めに顔の位置を移動させたり、或いは顔の向きを変化さ
せた場合には、顔から反射される赤外線の方向や量が変
化する（図２の散乱赤外線２１を参照）。そのために、
顔の向きを変化させた場合に赤外線検出素子２にて検出
される信号は変化する（図３（Ｂ）参照）。図中、矢印
ａ及びｂで示す波形は顔の向きを変化させた時に発生す
る検出信号であり、矢印ｃは脈拍信号である。

【００１８】（Ｂ）において、本例は、顔を左（右）に
動かし、右（左）に戻す動作を繰り返した場合に、赤外
線検出素子２で検出し増幅された検出信号を示してい
る。このグラフにおいて、矢印ａで示す０から約−３
（ｖ）に変化する信号が顔を左（右）に動かした時を示
し、矢印ｂで示す０から約＋３（ｖ）に変化する信号が
顔を右（左）に戻した時に発生する信号を示している。
このように負の所定値（例えば−２（ｖ））以上にな
り、正の所定値（例えば＋１（ｖ））以上になるという
信号パターンが検出できれば脇見運転をしていることが
分かる。

【００１９】この場合、脈動信号（矢印ｃ）は極めて小
信号であるため１万倍以上に増幅する必要がある。この
時、顔の位置又は向きを変化させると、検出信号（矢印
ａ，ｂ）は所定値を越える。このことにより、マイクロ
コンピュータ３ｂに送られる信号が所定値を越えた場合
は、顔の位置又は向きが変化したものと判定することが
できる。

【００２０】一般に、覚醒時において、運転者は左右確
認等の運転操作をするため顔の向きを常時動かしてい
る。しかし、高速道路等のようにほとんど前方を見てい
ることが多い場合には、顔の向きを動かすことは少な
い。さらに、居眠り運転等の低覚醒状態における運転で
は、顔の向きを動かすことはない。このようなことか
ら、赤外線検出素子２からの検出信号が所定値以上にな
る場合には、運転者が覚醒状態であると判定することが
できる。

【００２１】さらに、居眠り運転時には、心拍時間が覚
醒時の場合と異なるため、赤外線検出素子２で得られる
信号パターンを居眠り運転時と覚醒時と比較することに
より居眠り運転を検出することができる。図４は図１の
マイクロコンピュータにおける制御フローチャートであ
る。一般に、運転開始時には緊張により心拍変動が通常
時と異なるため、運転開始後、一定時間（例えば１０分
間）計測開始を待った方がより正確である。

【００２２】そこで、マイクロコンピュータは、一定時
間経過したか否か判定し（Ｓ１０）、経過した時には、
カウンタをリセット（Ｎ＝０）とし（Ｓ２０）、赤外線
検出素子２で得られた信号をＡ／Ｄ変換して増幅された
信号の計測を開始する（Ｓ３０）。次に、まず車両が走
行しているか否かを検出するためにイグニッションが停
止しているか否か判定し（Ｓ３１）、停止していれば居
眠り検出装置を停止し（Ｓ３２）、停止していなけば運
転開始から所定時間経過したか否か判定し（Ｓ３３）、
所定時間経過していれば基準信号設定不能を表示し（Ｓ
３４）、経過していなければ以降のステップで居眠り検
出を行う。即ち、一般に言われるように、運転開始から
一定時間後（例えば３０分後）は、疲労により心拍変動
が通常時と異なるため、運転開始から一定時間後はメモ
リの置き換えをしてはならない（即ち、通常時の心拍変
動を基準信号としてメモリに保持しておく）。従って、
ステップＳ３３にて運転開始から所定時間（例えば３０
分）が経過した場合には、心拍変動が通常時と異なるた
め基準信号を設定することが不能となる。このことを運
転者に知らせ、メモリの置き換えを禁止するために、検
出不能表示を行う（Ｓ３４）。

【００２３】次に、一定時間計測し（Ｓ４０）、顔の変
化による信号が検出され、検出信号が所定値以上になる
場合には（Ｓ４１）、それまでに計測した検出信号を一
旦除去し（Ｓ４２）、再度、計測し直す。一方、検出信
号が所定値以上にならない場合には、カウンタをＮ＝Ｎ
＋１とし（Ｓ４３）、ステップＳ４１にて一定時間計測
した脈拍信号を、覚醒状態の基準脈拍信号としてメモリ
に記憶する（Ｓ４６）。

【００２４】引き続き、脈拍信号を計測し、一定時間毎
にカウンタをＮ＝Ｎ＋１とし（Ｓ４３）、メモリに記憶
させた後の計測（Ｎ＝２以上）の時にはその信号パター
ンをメモリに記憶された覚醒状態の脈拍信号と順次、比
較する（Ｓ５０）。その信号パターンに変化が認められ
れば、居眠り運転と判断することができる。ここで、一
般に、居眠り時には一定時間内の脈拍回数（脈拍数）が
減少すると言われており、脈拍数を信号パターンの変化
として、脈拍数が基準値に対して一定割合で減少した
時、居眠り運転と判断すればよい。

【００２５】或いは、例えば、特開平２─２７７４３５
に公開されているように、脈拍時間を高速フーリエ変換
（ＦＦＴ）を用いて分析し、その特定周波数成分を比較
して脈拍間隔の変動により居眠り運転を判断することも
できる。そして、マイコンにより居眠り運転と判定した
場合には警告装置５に起動信号を送り（Ｓ５１）、運転
者に注意を喚起させる。

【００２６】警告装置５は、公知のブザー等の音響装
置、警告ランプ等光電素子、エアコンの物理変動、香り
の供給、シートの振動等、あるいはこれらの組合せでよ
い。そして、警告装置５はリセット操作により停止する
が（Ｓ５２）、リセット操作をしてもメモリ内容は消去
せず、引き続き計測を再開し（Ｓ３０）、居眠り運転を
検出する。前述のように居眠り検出装置は車両のイグニ
ッションスイッチの停止を検出して（Ｓ３１）、停止さ
れる（Ｓ３２）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の要部構成図である。

【図２】赤外線の吸収及び散乱を説明するための要部説
明図である。

【図３】赤外線検出素子で検出された脈動信号のグラフ
であり、（Ａ）は顔面を静止した状態での特性であり、
（Ｂ）は顔面を動かした状態での特性である。

【図４】図１のマイクロコンピュータにおける制御フロ
ーチャートである。

【図５】生体組織の赤外線吸収量を示すグラフ（その
１）であり、赤外線吸収量が波長に依存する場合（Ａ，
Ｂ）である。

【図６】生体組織の赤外線吸収量を示すグラフ（その
２）であり、赤外線吸収量が赤血球濃度（ヘマトクリッ
ト）に依存する場合である。

【符号の説明】

１…赤外線発光素子２…赤外線検出素子３…判定回路３ａ…Ａ／Ｄ変換・増幅回路３ｂ…マイクロコンピュータ４…駆動回路５…警告装置６…運転者の顔面１１…赤血球による吸収赤外線２１…組織による散乱赤外線６１…皮膚表面６２…血管６３…赤血球６４…脈動

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】居眠り運転検出装置であって、運転者の身体に光を照射するための発光素子と、身体から反射してくる光の変動を検出するための検出素
子と、運転者の身体の血管中に含まれる赤血球により吸収され
る吸収光量及び運転中の操作や癖に伴う顔面あるいは身
体の動きにより散乱される散乱光量を前記光検出素子に
よる検出信号から得、前記吸収光量と散乱光量の変動に
基づいて運転者の脈拍と身体の動きを検出し、検出結果
に基づいて居眠り運転を判定する判定回路と、を具備する居眠り運転検出装置。
【請求項２】前記判定回路は、前記検出結果において
運転者の脈拍の変動を検出したときは居眠り状態である
と判定する請求項１に記載の居眠り運転検出装置。
【請求項３】前記判定回路は、前記検出結果において
運転者の身体の動きを検出したときは覚醒状態であると
判定する請求項１に記載の居眠り運転検出装置。
【請求項４】前記判定回路は、前記検出結果において
運転者の身体の動きを検出したときは、検出された身体
の動き信号の合間に得られる脈拍変動による信号を、覚
醒状態を判定する基準信号として記憶し、順次、前記脈
拍変動による信号を前記基準信号と比較し、比較の結
果、信号パターンの変化が検出された時は居眠り状態の
信号として居眠り運転を判定する、請求項１に記載の居
眠り運転検出装置。
【請求項５】前記判定回路に接続され、前記検出結果
に基づいて運転者に注意を喚起させるための警告を発生
する警告装置をさらに備えた請求項１に記載の居眠り運
転検出装置。