JPWO2005112764A1 - 生体情報検出装置 - Google Patents

Abstract

生体情報検出装置では、まず、ハンドルセンサによる心拍検出が可能か否かが判定される（ステップＳ１１）。ハンドルセンサによる検出が不可と判定されると（ステップＳ１１：Ｎｏ）、シート設置用圧力センサによる心拍検出が可能か否かが判定される。この判定では、加速度センサからの出力に基づく判定（ステップＳ１２）と、ハンドルセンサからの出力により取得された心拍数変動範囲に基づく判定（ステップＳ１８）とが行われる。

Description

この発明は、生体情報検出装置に関する。

車両運転者の状態を監視し、得られた情報を居眠り運転防止や焦燥感の解消等に利用することが行われている。運転者の状態を監視する方法には、運転者の生体情報を検出し、この生体情報を利用して運転者の状態を把握する方法がある。例えば、生体情報として心電情報を検出する方法があり、この方法によれば、心電情報が運転者の自律神経の働きを反映することから、運転者の心身状態をより正確に反映して適切な監視を行うことが可能となる。

従来、心電情報を検出する方法の一つに、車両操舵のためのハンドルに心電情報の検出手段を配設する方法がある（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。かかる方法では、例えば、左右の手により握られるハンドルの領域に、電極（以下、これをハンドルセンサと呼ぶ）を配設し、このハンドルセンサによって検出される両手間の電位差から運転者の心拍を検出して心電情報を取得する。

また、心電情報を検出する他の方法として、車内のシートの尻下部、腿下部、背部等の領域に圧力センサを配設する方法がある（例えば、特許文献３参照）。かかる方法では、運転者の心臓の拍動に伴う体表面の振動を圧力センサで検出することにより心拍を検出し、心電情報を取得する。

特開平６−２５５５１８号公報 特開平１０−１４６３２１号公報 特開平９−３０８６１４号公報

ハンドルセンサによって心電情報を検出する方法は、精度が高く、かつ、得られる情報量が多い。しかしながら、ハンドルを両手で保持した状態でないと検出を行うことができず、片手運転では検出することができない。それゆえ、検出のためには、運転者にハンドルの両手保持を強いることとなり、運転者に検出を意識させる。それゆえ、運転者の負担の増加や運転の妨げとなるおそれがある。

一方、圧力センサから心電情報を検出する方法は、運転時の自然な座り姿勢のままで、運転者が意識しなくても検出を行うことができる。しかしながら、圧力センサは、走行時における車両挙動に伴う振動や運転者の体動等によって、心拍以外の不要な信号の混入を受けやすく、それゆえ、心電情報の検出精度が低下する。

請求項１の発明にかかる生体情報検出装置は、運転対象である車両、船舶または航空機に搭載され、少なくとも運転者の心身状態を検出する生体情報検出装置であって、少なくとも一対の電極を備え、該電極に直接接触する体の部位間の電位差を検出することにより心拍を検出する電極センサと、心拍にともなう体表面の振動を検出することにより心拍を検出するシート内蔵センサと、を備えるとともに、前記電極センサによる検出により取得された心拍情報を前記シート内蔵センサによる心拍検出時に利用可能に構成され、前記電極センサによる心拍検出が実施不可である時、前記電極センサから取得された前記心拍情報に基づいて、前記シート内蔵センサによる検出が実施可能であるか否かの判定が行われることを特徴とする。

図１は、本発明の実施例１における生体情報検出装置の構成を示す模式図である。 図２は、図１の生体情報検出装置における眠気検出方法を示すフローチャートである。 図３は、図２の眠気検出方法における心拍数変化に基づく眠気進行度の検出方法を示す図である。 図４は、図２の眠気検出方法を実際の運転に適用した本発明の実施例２における検出動作を示す図である。 図５は、本発明の実施例３における眠気検出方法を示すフローチャートである。 図６は、図５の眠気検出方法における圧力センサ出力テンプレート波形の作成方法を説明するための図である。 図７は、図５の眠気検出方法における圧力センサ出力テンプレート波形の作成方法を説明するための図である。 図８は、図５の眠気検出方法における圧力センサ出力テンプレート波形の作成方法を説明するための図である。 図９は、図５の眠気検出方法における圧力センサ出力テンプレート波形の作成方法および作成された圧力センサ出力テンプレート波形を示す図である。 図１０は、図５の眠気検出方法における圧力センサ出力テンプレート波形を用いた検出動作を説明するための図である。 図１１は、図５の眠気検出方法における圧力センサ出力テンプレート波形を用いた検出動作を説明するための図である。 図１２は、図５の眠気検出方法における圧力センサ出力テンプレート波形を用いた検出動作を説明するための図である。 図１３は、本発明の実施例４における生体情報検出装置の構成を示す模式図である。 図１４は、角速度センサもしくは回転センサを適用した場合の座席の構成を説明する図である。 図１５は、ハンドル部の一対の電極より呼吸周波数を算出する処理を説明するフローチャートである。

符号の説明

１００ ハンドルセンサ
１００ａ，１００ｂ 電極
１００ｃ ハンドル本体
１１０，１３０１〜１３０３ シート設置用圧力センサ
１２０ 制御部
１２１ 記憶手段
１２２ 演算手段
１２３ 判定手段
１２４ 制御手段
１２５ 入力設定手段
１３０ 加速度センサ
１４０ 報知装置
１３０４ カーオーディオ
１３０５ シート調節装置

この発明は、例えば、運転者に検出を意識させることなく精度の高い生体情報検出を行うことが可能な生体情報検出装置を提供することを目的の一つとする。以下に、この発明にかかる生体情報検出装置の好適な実施の形態について説明する。

（実施の形態）
この発明の実施の形態にかかる生体情報検出装置は、運転対象である車両、船舶または航空機に搭載され、少なくとも運転者の心身状態を検出する生体情報検出装置である。この生体情報検出装置は、少なくとも一対の電極を備え、該電極に直接接触する体の部位間の電位差を検出することにより心拍を検出する電極センサと、心拍にともなう体表面の振動を検出することにより心拍を検出するシート内蔵センサと、を備える。そして、この生体情報検出装置は、電極センサによる検出により取得された心拍情報をシート内蔵センサによる心拍検出時に利用可能に構成され、電極センサによる心拍検出が実施不可である時、電極センサから取得された心拍情報に基づいて、シート内蔵センサによる検出が実施可能であるか否かの判定が行われるものである。

例えば、電極センサとして、運転席に配設されたハンドルに一対の電極の各々が分離配置されて構成されたハンドルセンサが用いられ、また、シート内蔵センサとして、シートの尻下部、腿下部、または背部に対応する位置に配設されるシート設置用圧力センサが用いられる。

また、かかる生体情報検出装置では、運転対象の挙動を検出する運転対象挙動センサをさらに備えるとともに、該運転対象挙動センサによる検出により取得された運転対象の挙動情報をシート内蔵センサによる心拍検出時に利用可能に構成されることが好ましい。この場合、電極センサによる心拍検出が実施不可である時、運転対象挙動センサにより取得された前記挙動情報に基づいて、シート内蔵センサによる検出が実施可能であるか否かの判定が行われる。

さらに、かかる生体情報検出装置では、電極センサおよびシート内蔵センサによる検出により取得された生体情報を、少なくとも運転者に報知する報知手段をさらに備えることが好ましい。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる生体情報検出装置の実施例を詳細に説明する。ここでは、運転者の心身状態に関する生体情報を心電情報に基づいて検出する自動車搭載用の生体情報検出装置を例示し、特に、生体情報として、運転者の眠気検出に対応した装置について説明する。

運転者の眠気検出に用いる心電情報として、ここでは具体的に、心拍数および心拍ゆらぎを検出している。心拍は姿勢や気温、精神状態などによって変わるが、運転時は姿勢や周囲温度が変わることが少ないので、眠気等の精神状態が心拍を変える主な原因となる。なお、心拍ゆらぎとは、心臓の拍動（心拍）の時間間隔の変動成分のことである。通常、眠気を意識していない状態では、以下に説明するＨＦの値が変化しないが、眠気を感じるようになると、眠気の強さとともにＨＦが増加する。

それゆえ、このような心拍の時間間隔の変動を検出することにより、眠気の発生を検出することが可能となる。特に、ここでは、心拍ゆらぎの特定の高周波成分（周波数０．１５〜０．４Ｈｚ）を、ＨＦ（High Frequency）と呼び、この成分を用いて検出を行う。後述するように、心拍数およびＨＦによるかかる眠気検出では、心拍数の低下量に基づいて運転者が意識していない状態からの眠気の進行状態を把握することが可能となるとともに、ＨＦの増加に基づいて眠気の発生を把握することが可能となる。

図１は、本発明の実施例１における生体情報検出装置の構成の一例を示す模式図である。また、図２は、図１の生体情報検出装置における眠気検出方法の一実施例を示すフローチャートである。

図１に示すように、生体情報検出装置は、ハンドルセンサ１００と、シート設置用圧力センサ１１０と、車両挙動センサである加速度センサ１３０と、制御部１２０と、報知装置１４０と、を主たる構成要素として備える。ハンドルセンサ１００は、自動車の車内に取り付けられた輪状のハンドル本体１００ｃに、一対の電極１００ａ，１００ｂが互いに分離した状態で配設され構成される。運転者のハンドル操作時に、一方の電極１００ａに左手が接触し、他方の電極１００ｂに右手が接触するよう、ハンドルセンサ１００が構成されている。

かかるハンドルセンサ１００では、運転者の両手が電極１００ａ，１００ｂに接触した際に取得される両手間の電位差を、運転者の心電情報（より具体的には、心電図）として、直接的に電気信号として検出することができる。したがって、ハンドルセンサ１００によって取得された心電図から、心拍数とＨＦとを検出することが可能となり、眠気検出を行うことが可能となる。

後述するように、ハンドルセンサ１００による検出では、直接的に心電情報を検出できるので、シート設置用圧力センサ１１０による検出に比べて、精度の高い検出が可能となる。また、心拍数だけでなくＨＦも検出できるので、取得される情報量が多く、特に、ＨＦに基づき眠気の有無の絶対評価が可能となる。したがって、心拍数の変動に基づく眠気の進行度検出を行うことができるとともに、ＨＦによって、眠気の有無およびその程度の検出を行うことができ、眠気について相対的な検出と絶対的な検出との両方が実施可能となる。

シート設置用圧力センサ１１０は、車内に配設された運転席用のシート（図示せず）に運転者が自然な姿勢で座った際の運転者の尻下部、腿下部、または背部に対応するシート部位に設置されている。シート設置用圧力センサ１１０の配置位置は、運転者が自然な姿勢で座った際に運転者の体表面で押圧されるシート部位であれば、特に限定されるものではない。また、例えば、シートの異なる位置に複数のシート設置用圧力センサ１１０を配置してもよい。

シート設置用圧力センサ１１０としては、薄膜加工された圧電センサや、空気圧の変化を検出する方式のセンサ等、微小な圧力変動を検出可能である圧力センサが用いられる。ここでは、シート設置用圧力センサ１１０として圧電センサが用いられており、運転者の体表面から受けた圧力の大きさに応じた電気信号を制御部１２０に出力するように構成されている。かかるシート設置用圧力センサ１１０により、心拍に同期した運転者の体表面の振動が圧力変動として検出され、その結果、該体表面の振動を心拍として検出されるとともに、得られた心拍から心拍数が算出される。

このようなシート設置用圧力センサ１１０による検出では、運転者がシート（図示せず）に座るだけで検出を行うことが可能となるため、運転者が意識することなく検出を行うことが可能となる。ところで、シート設置用圧力センサ１１０による検出では、背景技術において前述したように、車両挙動に伴う振動等の心拍以外の振動も検出されるため、検出された心拍には、心拍以外のノイズ成分が含まれる。このようなノイズ成分は検出精度を低下させることから、本実施例の生体情報検出装置では、図２において後述するように、シート設置用圧力センサ１１０の検出精度の向上を図る処理が行われる。

加速度センサ１３０は、加速度から車両の挙動を検出するものである。このような加速度センサ１３０は、生体情報検出装置専用に設けられた半導体センサから構成されてもよく、あるいは、車内に搭載されたカーナビゲーションシステム（図示せず）から情報入力可能に構成され、カーナビゲーションシステムを通じて取得された速度情報から加速度を算出する構成であってもよい。また、ここでは車両挙動センサの一例として加速度センサ１３０が用いられているが、これ以外に、速度センサ、角速度センサ、変位センサ、回転センサ等を車両挙動センサとして用いてもよい。これらの車両挙動センサによっても心拍に伴う体表面の振動を検出することができ、それによりシート設置用圧力センサ１１０や加速度センサ１３０を使用した場合と同様に心拍を検出することができる。

制御部１２０は、半導体メモリやＣＰＵ等を含んで構成され、記憶手段１２１と、演算手段１２２と、判定手段１２３と、制御手段１２４と、入力設定手段１２５と、を有する。ハンドルセンサ１００、シート設置用圧力センサ１１０、および加速度センサ１３０で取得された検出信号は、制御部１２０に入力されて処理される。このような制御部１２０は、生体情報検出装置専用に設けられてもよく、あるいは、車内に搭載されたカーナビゲーションシステムの制御部（図示せず）と共通に構成されてもよい。

報知装置１４０は、制御部１２０の制御手段１２４から出力される信号に基づいて、ガイダンス音声やブザー音を出力するように構成されている。例えば、ここでは、ハンドルセンサ１００およびシート設置用圧力センサ１１０を用いた検出により運転者の眠気が検出されると、運転者への注意喚起を行うべく、制御部１２０の制御手段１２４から報知装置１４０に制御信号が出力される。それにより、報知装置１４０の音声出力部（図示せず）からブザー音が発せられる。

あるいは、報知装置１４０が音声合成部（図示せず）を備え、制御部１２０からの制御信号に基づいて「休憩されてはいかがですか」等のガイダンス音声を合成するとともに、このガイダンス音声を音声出力部（図示せず）から出力する構成であってもよい。また、車内に搭載されたカーナビゲーションシステム（図示せず）に報知装置１４０が含まれた構成であり、カーナビゲーションシステムで検索して得られた最寄りの休憩所への道順をガイダンスするように報知装置１４０が構成されてもよい。

なお、生体情報検出装置の構成要素は、図１で図示したものに限定されるものではなく、これ以外の構成要素を含んでいてもよい。例えば、図１では図示を省略しているが、生体情報検出装置では、ハンドルセンサ１００、シート設置用圧力センサ１１０、および加速度センサ１３０から出力された検出信号を増幅する増幅器や、この検出信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器や、信号を処理するフィルタ等をさらに備え、これらが各センサ１００，１１０，１３０と制御部１２０との間に配設された構成であってもよい。

次に、上記構成の生体情報検出装置を用いた本実施例の生体情報検出方法（具体的には、眠気の検出方法）を、図２を参照して説明する。図２に示すように、本実施例における生体情報検出方法では、まず、運転者が自動車に乗車した際（すなわち運転開始時）に、検出の本動作に先んじて、初期設定動作が行われる。そして、この初期設定動作における設定に基づいて、運転時に本動作である検出動作が行われる。

通常、運転者が自動車に乗車する際には、眠気がほぼない状態（すなわち覚醒状態）とみなせる。したがって、このような運転者の覚醒状態を、基準状態と定義する。そして、この基準状態でハンドルセンサ１００（図１参照）の電極１００ａ，１００ｂ（図１参照）を左右の各手で握った際に検出される両手間の電位差が、電気信号として取得され、増幅器およびＡ／Ｄ変換器（ともに図１では図示せず）を介して、制御部１２０に入力される（図２のステップＳ１）。

なお、運転開始時には、運転者は緊張感をもって運転にのぞむので、無意識のうちに両手でハンドルを保持することが多い。したがって、このようなハンドルセンサ１００による検出が容易に可能である。

制御部１２０では、入力された電気信号を用いて、演算手段１２２（図１参照）が基準状態の心拍数を算出する（図２のステップＳ２）。また、入力された電気信号を用いて、演算手段１２２（図１参照）が基準状態における拍動間隔を算出し、その算出結果が記憶手段１２１に記憶される（図２のステップＳ３）。このようにして取得された基準状態における拍動の時間間隔（以下、拍動間隔基準値と呼ぶ）は、後述の検出動作において、ＨＦを算出する際の基準値として用いられる。

また、制御部１２０の制御手段１２４は、算出された基準状態の心拍数に基づいて心拍数の変動範囲ＨＲ１〜ＨＲ２を設定するとともに、この変動範囲ＨＲ１〜ＨＲ２が記憶手段１２１（図１参照）に記憶される（図２のステップＳ４）。例えば、算出された基準状態の心拍数が７０であった場合には、心拍数７０から±１０の範囲で変動範囲ＨＲ１〜ＨＲ２を設定する。すなわち、この場合には、変動範囲ＨＲ１〜ＨＲ２は、６０〜８０となる。

このような初期設定動作は、例えば、乗車時に運転者が入力設定手段１２５（図１参照）により初期設定動作を選択することにより実施される。初期設定動作が選択されると、乗車時から所定時間、上記のような初期設定のための基準状態下での検出が行われ、それにより、運転時の検出動作において用いられる心拍の変動範囲ＨＲ１〜ＨＲ２および拍動間隔基準値の設定が行われる。そして、これらの設定が終了すると、生体情報検出装置の本動作である検出動作に自動で移行し、検出動作が開始される。

なお、上記のような初期設定動作は、乗車時毎に行ってもよく、また、定期的に行ってもよい。また、運転者が交代すると、心拍数および拍動間隔基準値も運転者に応じて変化することから、この場合には、改めて初期設定動作を行うか、あるいは運転者毎の初期設定値を記憶させておき、運転者を識別することにより、その初期設定を自動的に変更してもよい。なお、運転者の識別手段は、ＩＤ等のキー入力や、指紋、音声、顔の特徴、その他、他の生体情報でもよい。

続いて、運転時における眠気検出の本動作について説明する。まず、制御部１２０（図１参照）の判定手段１２３（図１参照）が、ハンドルセンサ１００（図１参照）からの信号検出が可能であるか否かを判定する（図２のステップＳ１１）。例えば、運転者がハンドルを両手保持しており、ハンドルセンサ１００（図１参照）の各電極１００ａ，１００ｂ（図１参照）に左右の各手が触れている場合には、電極１００ａ，１００ｂにより両手間の電位差が検出されて、ハンドルセンサ１００からこの電位差に応じた電気信号が出力される。したがって、この場合には、ハンドルセンサ１００からの電気信号の出力を判定手段１２３が検出し、ハンドルセンサ１００からの検出が可能であると判定する（図２のステップＳ１１：Ｙｅｓ）。

ハンドルセンサ１００（図１参照）からの検出が可能であると判定すると、ハンドルセンサ１００から出力された電気信号が、制御部１２０（図１参照）の演算手段１２２（図１参照）に入力される（図２のステップＳ１３）。演算手段１２２は、この電気信号から、心拍数および拍動の時間間隔を算出する。さらに、演算手段１２２は、算出された拍動の時間間隔と上記の初期設定動作により記憶手段１２１（図１参照）に記憶された拍動間隔基準値とを比較し、検出された拍動の時間間隔の拍動間隔基準値に対する変動分、具体的にはＨＦの変動分を算出する（図２のステップＳ１４）。

制御部１２０の制御手段１２４（図１参照）は、このようにして取得された心拍数およびＨＦに基づいて、運転者の眠気検出を行う。具体的には、取得された心拍数の変動に基づいて、眠気の進行度を検出して眠気の相対的評価を行い、一方、取得されたＨＦに基づいて、眠気の有無および眠気の強弱の程度を検出して眠気の絶対評価を行う（図２のステップＳ１５）。以下に、各検出について詳細を説明する。

まず、心拍数に基づく眠気の進行度検出について説明する。図３は、心拍数の変化に基づく眠気進行度の検出方法を説明するための図である。図３に示すように、ここでは、検出された心拍数の経時変化から心拍数の低下量を演算手段１２２（図１参照）が算出し、その算出結果に基づいて、制御手段１２４（図１参照）が、眠気進行度を検出している。

具体的には、眠気の進行に伴って心拍数の低下量が大きくなることに基づき、算出された心拍数の低下量の変化から眠気進行度を相対的に推定する。このような心拍数の低下量の検出では、まず、心拍数の低下量算出のための基準心拍数が設定され、この基準心拍数に対する低下量が算出される。この基準心拍数は、運転者の覚醒水準が常時変動することを考慮し、心拍数の変化に応じて、心拍数の低下が判定される毎に適宜設定される。

例えば、この場合には、心拍数の変化が低下傾向であると判定されたＰ時点における検出心拍数が基準心拍数１として設定され、この基準心拍数１に対する心拍数の低下量が算出される。算出の結果、Ｐ時点からＱ時点に至るまでの間に心拍数の低下量が次第に大きくなっており、よって、眠気が進行していると推定される。なお、ここでは、心拍数の低下判定が行われるＰ時点に至るまでの間は、心拍数の低下量を０としている。

上記のようにＰ時点からＱ時点までの間に眠気が進行するが、Ｑ時点以降は、再び覚醒状態となり、Ｒ時点に至るまで心拍数が上昇する。したがって、Ｑ時点からＲ時点に至るまでの間は、心拍数の低下量が０となる。そして、再びＲ時点において心拍数の変化が低下傾向であると判定されると、このＲ時点における心拍数が基準心拍数２として設定され、この基準心拍数２に対する心拍数の低下量が算出される。

算出の結果、Ｒ時点からＳ時点に至るまでの間に心拍数の低下量が次第に大きくなっており、よって、眠気が進行していると推定される。この場合、Ｐ時点からＱ時点に至るまでの間の心拍数の低下量に比べて、Ｒ時点からＳ時点に至るまでの間の心拍数の低下量が大きいことから、Ｒ時点からＳ時点に至るまでの間の方が、眠気の進行がＰ時点からＱ時点に至るまでの間の進行よりも大きいことが相対的に評価可能となる。

ここで、このような心拍数の低下量だけに基づく眠気進行度の推定では、眠気以外の理由による心拍数の低下量までも眠気の進行として判断するので、誤った検出を行うことがある。具体的に、例えば、追い越し等により一時的に緊張が高まって心拍数が上昇した場合には、もとの平静状態に戻ると心拍数が低下するが（図中の斜線部に相当）、この心拍数の低下が眠気として判定されるおそれがある。

そこで、このような誤判定を防止するために、心拍数にしきい値Ｖｓを設定し、このしきい値Ｖｓ以下の心拍数変化を眠気の判定に用いる。しきい値Ｖｓは、検出精度等に応じて適宜設定され、例えば、初期設定動作時に検出された基準状態における心拍数に１０拍増分した値としてもよい。

一方、ＨＦに基づく眠気の有無および程度の検出方法としては、例えば、検出されたＨＦについて、過去の所定時間（例えば４００秒間）における増加率が所定値以上（例えば１．７倍以上）であるか否かを判定手段１２３（図１参照）が判定するとともに、検出されたＨＦの過去の所定時間（例えば１００秒間）における変化が上昇傾向であるか否かを判定手段１２３が判定する。

この場合には、例えば、演算手段１２２（図１参照）が、この所定時間（１００秒間）に検出されたＨＦのデータに一次回帰式を適用してその傾きを算出し、算出された傾きが正である場合には、判定手段１２３（図１参照）が、ＨＦが上昇傾向にある、すなわち、眠気があると判定する。そして、その傾きの大きさから、眠気の強さを推定する。なお、このようなＨＦに基づく眠気検出における上記の時間設定や増加率設定は、実験結果等を踏まえて適宜設定される。

なお、ＨＦの上昇と眠気の発生との相関関係は、別途で被験者に対して行った実験結果から、その相関関係が明らかとなっている。この実験では、ＨＦが上昇すると、６５％の被験者が眠気がかなり増えたと回答しており、よって、ＨＦは、眠気の有無および強度の絶対評価に利用可能であることが確認された。

次に、運転者がハンドルセンサ１００（図１参照）を片手保持しているために、ハンドルセンサ１００からの心電情報の検出不可である場合について説明する。この場合には、ハンドルセンサ１００の電極１００ａ，１００ｂによって両手間の電位差が検出されないので、制御部１２０（図１参照）にはハンドルセンサ１００から電位差に基づく電気信号が出力されず、よって、判定手段１２３（図１参照）が、ハンドルセンサ１００からの検出が不可であると判定する（図２のステップＳ１１：Ｎｏ）。

この場合には、ハンドルセンサ１００（図１参照）による検出の代わりに、シート設置用圧力センサ１１０（図１参照）による検出を実施することが考えられる。しかしながら、シート設置用圧力センサ１１０は、その構成上、前述のように車両の挙動等に伴う運転者の体表面の振動（すなわちノイズ成分）も心拍として検出してしまうので、ノイズ成分が少ない状態、具体的には振動の少ない走行状態や停止状態でないと、精度の高い検出を行うことができない。そこで、ここでは、まず、以下のようにして、シート設置用圧力センサ１１０による検出が可能な状態であるか否かの判定が行われる。

シート設置用圧力センサ１１０による検出が可能である状態とは、言い換えれば、車両がほぼ一定速度で走行した状態か、もしくは停止した状態である。これらの状態では、所定時間内における加速度変化はほぼ０になる。

したがって、ここでは、加速度センサ１３０（図１参照）から出力された加速度情報に基づいて、制御部１２０（図１参照）の演算手段１２２（図１参照）が、所定時間内における加速度変化を算出し、この算出結果に基づいて、判定手段１２３（図１参照）が、所定時間内における加速度変化が所定の範囲内にあり加速度が一定範囲内に保持された状態であるか否か、つまり、車両が停止している状態かもしくは一定速度で走行している状態か否かを判定し、それにより、シート設置用圧力センサ１１０（図１参照）による検出が可能か否かを判定する（図２のステップＳ１２）。

例えば、所定時間内における加速度の変動範囲が所定の範囲内にない場合（すなわち加速度変化が大きい場合）には、車両の速度変化が大きく安定した走行状態ではないので、車両の振動も大きくなる。したがって、このような場合には、シート設置用圧力センサ１１０（図１参照）において精度の高い検出を行うことは困難であり、よって、この場合には、判定手段１２３（図１参照）がシート設置用圧力センサ１１０による検出ができない状態であると判定し（図２のステップＳ１２：Ｎｏ）、再び図２のステップＳ１１に戻る。

一方、所定時間内における加速度の変動範囲が所定の範囲内にある場合（すなわち加速度変化が小さい場合）には、車両の速度変化が小さく安定した走行状態もしくは停止状態であるので、車両の振動が小さくなる。したがって、このような場合には、シート設置用圧力センサ１１０（図１参照）により、高い精度の検出を行うことができる。それゆえ、この場合には、判定手段１２３（図１参照）は、シート設置用圧力センサ１１０による検出が可能な状態であると判定し（図２のステップＳ１２：Ｙｅｓ）、引き続き、以下のようにシート設置用圧力センサ１１０による検出が実施される。

シート設置用圧力センサ１１０による検出では、運転者の体表面の振動に伴うセンサ押圧力の変化が、電気信号として制御部１２０（図１参照）の演算手段１２２（図１参照）に入力され（図２のステップＳ１６）、演算手段１２２が、この電気信号に基づいて心拍数を算出する（図２のステップＳ１７）。

続いて、上記のようにして算出した心拍数が、初期設定動作で設定を行って制御部１２０（図１参照）の記憶手段１２１（図１参照）に記憶した心拍数の変動範囲ＨＲ１〜ＨＲ２にしきい値ΔＨＲを考慮した範囲〔（ＨＲ１−ΔＨＲ）〜（ＨＲ２＋ΔＨＲ）〕内であるか否かを、判定手段１２３（図１参照）が判定する（図２のステップＳ１８）。

すなわち、ここでは、シート設置用圧力センサ１００（図１参照）の検出精度をより高めるために、上記のように初期設定時に記憶させた心拍数の変動範囲ＨＲ１〜ＨＲ２を参照し、シート設置用圧力センサ１００による心拍数の正常検出の範囲を、しきい値ΔＨＲを用いて、〔（ＨＲ１−ΔＨＲ）〜（ＨＲ２＋ΔＨＲ）〕とする。そして、図２のステップＳ１７で算出した心拍数がこの範囲内であれば正常値とみなし、それ以外の場合は、正常値からはずれたノイズ成分を含むものと判断する。

具体的に、算出した心拍数が該変動範囲内にない場合（図２のステップＳ１８：Ｎｏ）、シート設置用圧力センサ１００（図１参照）で検出した心拍数には、車両挙動に伴う振動等のノイズ成分が多く含まれていると考えられる。したがって、この場合には、判定手段１２３（図１参照）が、シート設置用圧力センサ１００による検出ができないと判定し、再び図２のステップＳ１１に戻る。

一方、算出した心拍数が該変動範囲内にある場合（図２のステップＳ１８：Ｙｅｓ）には、この心拍数中に含まれるノイズ成分は少ないと考えられ、よって、この場合には、判定手段１２３（図１参照）が、シート設置用圧力センサ１００（図１参照）による検出が可能であると判定する。この判定に引き続き、演算手段１２２（図１参照）によって、この検出された信号成分から加速度成分が減算され（図２のステップＳ１９）、心拍情報以外のノイズ成分が除去されて実質の心拍数が算出される（図２のステップＳ２０）。このようにして算出された実質の心拍数の変化に基づいて、制御手段１２４（図１参照）が、図３で前述した方法により、眠気進行度を検出する（図２のステップＳ２１）。

図２のステップＳ１９のノイズ成分の除去の方法として、例えば、シート設置用圧力センサ１００（図１参照）からの出力信号と加速度センサ１３０からの出力信号とを、制御手段１２４（図１参照）によってそれぞれ一度周波数成分に変換し、その差分を演算手段１２２（図１参照）によって算出した後に、再び制御手段１２４によってもとの時間軸波形に再変換する処理を加えてもよい。

なお、シート設置用圧力センサ１１０（図１参照）による検出では、ハンドルセンサ１００（図１参照）による検出のように直接的に心拍を検出することができないので、シート設置用圧力センサ１１０から出力される信号波形は、ハンドルセンサ１００から出力される信号波形に比べて、ピークの多い複雑な波形となる。このため、シート設置用圧力センサ１１０による検出では、拍動の時間間隔を精密に検出することは困難であり、よって、ＨＦを算出することは容易ではない。

上記のようにしてハンドルセンサ１００（図１参照）およびシート設置用圧力センサ１１０（図１参照）から検出された眠気に関する検出結果は、制御部１２０（図１参照）の制御手段１２４（図１参照）から報知装置１４０（図１参照）に信号として出力される（図２のステップＳ２２）。例えば、運転者の眠気が検出されたことを示す信号が報知装置１４０に入力されると、報知装置１４０はこの信号に基づきブザー音を発する。それにより、運転者の眠気が解消される。一方、運転者が覚醒状態にあることを示す信号が報知装置１４０に入力されると、報知装置１４０はブザー音を発生させない。このようにして、制御部１２０からの出力結果に基づき、報知装置１４０で報知動作が実施される（図２のステップＳ２３）。

入力設定手段１２５（図１参照）を介して制御部１２０（図１参照）に検出動作停止の制御信号が入力されるか、または、車両のエンジン停止に伴って自動的に検出動作停止の制御信号が制御部１２０に入力されると、判定手段１２３（図１参照）が、この制御信号の入力を検出する（図２のステップＳ２４：Ｙｅｓ）。すると、制御部１２０の制御手段１２４（図１参照）が検出動作を停止させ、検出が終了する。一方、停止の制御信号の入力が検出されない場合には（図２のステップＳ２４：Ｎｏ）、検出動作が引き続き行われる。

以上のような本実施例によれば、ハンドルセンサ１００（図１参照）とシート設置用圧力センサ１１０（図１参照）とを組み合わせた装置構成により、ハンドルセンサ１００で心拍検出可能な際はハンドルセンサ１００により、また、ハンドルセンサ１００での検出ができない際にはシート設置用圧力センサ１１０により心拍の検出を行うことが可能となる。このように、ハンドルセンサ１００による検出を運転者が意識しなくても、シート設置用圧力センサ１１０による検出が可能であるため、運転者に負担をかけることなく容易に検出を行うことが可能となる。

さらに、かかる生体情報検出装置では、特に、シート設置用圧力センサ１１０による検出の際に、加速度センサ１３０を用いてシート設置用圧力センサ１１０による検出が可能な状態であるか否かを判定するとともに、初期設定動作時においてハンドルセンサ１００により検出した情報（具体的には、心拍数の変動範囲ＨＲ１〜ＨＲ２）を利用して、シート設置用圧力センサ１１０による検出が可能な状態であるか否かを判定する。

したがって、従来は検出精度が低いシート設置用圧力センサ１１０による検出においても、検出精度の向上が図られ、良好な検出を行うことが可能となる。このように、本実施例の生体情報検出装置では、ハンドルセンサ１００とシート設置用圧力センサ１１０とを単に組み合わせただけではなく、ハンドルセンサ１００で検出された情報をシート設置用圧力センサ１１０における検出に利用するので、単なる組み合わせ以上の有効な効果が奏される。

このように、本実施例の生体情報検出装置によれば、ハンドルセンサ１００およびシート設置用圧力センサ１１０の作動に適した状況であるか否かを判定し、状況に合わせて適切な検出可能なセンサを適宜選択して使い分けることができ、かつ、組み合わせたハンドルセンサ１００およびシート設置用圧力センサ１１０を単に状況に応じて選択的に動作させるのではなく、検出精度および信頼性の高いハンドルセンサ１００の検出情報を利用して、シート設置用圧力センサ１１０の検出性能を向上させることができる。したがって、本実施例の生体情報検出装置によれば、運転者が全く無意識のうちに、かつ、安定して高精度な眠気検出を行うことが可能となる。

なお、図２に示す一連の眠気検出動作は、運転時に常時連続して行われていてもよく、あるいは、所定の時間間隔（例えば１０秒毎）に行われてもよい。

実施例２においては、上記の実施例１の生体情報検出装置による眠気の検出を、実際の車両の挙動に対応させて説明する。図４は、種々の車両挙動における生体情報検出装置の動作を説明するための図である。図４のグラフの実線部分（期間Ａおよび期間Ｄに相当）は、ハンドルセンサ１００（図１参照）による検出結果を示しており、グラフの一点鎖線部分（期間Ｃおよび期間Ｅに相当）は、シート設置用圧力センサ１１０（図１参照）による検出結果を示している。また、実線および一点鎖線のいずれも示されていない部分（期間Ｂに相当）は、心拍数が検出されていないことを示している。

例えば、一般道を直進走行する期間Ａでは、運転開始からの経過時間が短く運転者が意識を集中させて慎重に運転を行っているので、無意識にハンドルセンサ１００（図１参照）を両手で保持した状態が実現される。したがって、この場合には、ハンドルセンサ１００による高精度の心拍検出が実施される。

一方、期間Ｂでは、カーブや右左折が多い一般道を道路状態に応じて不規則な速度で走行するため、方向指示器等の操作のためにハンドルセンサ１００（図１参照）の両手保持ができず、よって、ハンドルセンサ１００による検出ができなくなる。また、このような状態では、車両の挙動等に伴う振動が大きいため、シート設置用圧力センサ１１０（図１参照）による検出もできなくなる。しかしながら、このような状況下では、運転者は特に運転に集中するので、眠気は発生しにくく、よって、検出動作が停止していても差し支えがない。

また、一般道が渋滞した状況下で走行する期間Ｃでは、ハンドルセンサ１００（図１参照）を片手保持しているため、ハンドルセンサ１００による検出はできず、よって、シート設置用圧力センサ１１０（図１参照）による検出が行われる。ここで、このような状況下では、速度変化が少なく安定した走行状態（より具体的には、停止に近い状態）が実現されるので、シート設置用圧力センサ１１０による検出に適した状態であり、よって、シート設置用圧力センサ１１０により、車両の挙動に伴う振動等のノイズ成分の影響が少ない高精度で良好な検出が実現される。

また、単調な運転が続く高速道路走行中に強い眠気が発生した期間Ｄでは、運転者は危険防止のために、無意識のうちに両手でハンドルセンサ１００（図１参照）を保持することが多い。したがって、ハンドルセンサ１００による検出が実施される。ここで、このように眠気が発生した状態では、より一層の眠気検出精度が求められるが、前述のように、ハンドルセンサ１００による検出では、心拍数だけでなくＨＦの検出も可能であり眠気の相対的評価と絶対的評価との両方から検出が実施されるため、精度の高い良好な検出を実施することが可能となる。

また、高速道路を片手運転している期間Ｅでは、ハンドルセンサ１００（図１参照）による検出はできず、シート設置用圧力センサ１１０（図１参照）による検出が実施される。ここで、このような状況下では、比較的平坦で真っ直ぐな道路を安定して走行する状態（より具体的には、一定速度で安定走行する状態）が実現されるので、シート設置用圧力センサ１１０による検出に適した状態であり、よって、シート設置用圧力センサ１１０により、車両の挙動に伴う振動等のノイズ成分の影響が少ない高精度で良好な検出が実現される。

以上のように、本実施例の眠気検出方法によれば、種々の車両挙動において、適宜適切な検出方法が選択されるとともに、その方法により、精度の向上が図られた良好な検出を実施することが可能となるため、いずれの車両挙動においても生体情報検出装置の効果が有効に奏される。したがって、このような生体情報検出装置によれば、効果的に居眠り運転を防止することが可能となる。

上記の実施例１においては、シート設置用圧力センサ１１０（図１参照）による検出が可能か否かを、加速度センサ１３０（図１参照）から検出される加速度変化、および、初期設定動作時に設定した心拍変動範囲ＨＲ１〜ＨＲ２に基づいて判定する場合（図２参照）について説明したが、本発明の実施例３においては、この判定を、初期設定動作時に作成して記憶した圧力センサ出力テンプレート波形をパラメータとして用いて行っている。かかる本実施例の生体情報検出装置の構成は、実施例１において前述した図１の装置構成と同様であるので、ここでは説明を省略する。

具体的に、本実施例の概要を説明すると、ここではまず、初期設定動作として、ハンドルセンサ１００（図１参照）による心拍検出とシート設置用圧力センサ１１０（図１参照）による心拍検出とを同時に行い、これらの検出によって取得されたハンドルセンサ出力波形と圧力センサ出力波形との相関性を調べる。前述のように、ハンドルセンサ１００による検出では直接的に心拍の検出を行うことができることから、取得された圧力センサ出力波形とハンドルセンサ出力波形との相関が高い場合には、シート設置用圧力センサ１１０から正常な心拍信号が検出されていると考えられる。したがって、この時の圧力センサ出力波形を、圧力センサ出力テンプレート波形として、制御部１２０（図１参照）の記憶手段１２１（図１参照）に記憶する。

そして、運転時における検出動作において、ハンドルセンサ１００（図１参照）による検出ができなくなった際に、シート設置用圧力センサ１１０（図１参照）から取得された圧力センサ出力波形と上記の圧力センサ出力テンプレート波形との相関性を調べ、相関の程度から、シート設置用圧力センサ１１０による検出が可能であるか否かを判定する。それにより、シート設置用圧力センサ１１０による検出の精度を高めることが可能となる。以下、詳細を説明する。

図５は、本実施例における眠気検出方法を示すフローチャートである。また、図６〜図９は、図５の眠気検出方法において用いられる圧力センサ出力テンプレート波形の作成方法を説明するための図であり、図６は、該テンプレート波形を作成するための初期設定動作時にハンドルセンサ１００（図１参照）から出力された心拍波形（すなわち、ハンドルセンサ出力波形）であり、図７は、図６のハンドルセンサ１００による出力と同時に圧力センサから出力された心拍波形（圧力センサ出力波形）である。

また、図８は、図６のハンドルセンサ出力波形と図７の圧力センサ出力波形との相互相関の算出結果を示す図である。また、図９は、作成された圧力センサ出力テンプレート波形を示す図である。さらに、図１０〜図１２は、図５の眠気検出方法における後述のシート設置用圧力センサ検出の判定方法を説明するための図である。

本実施例の生体情報検出方法では、まず、図５に示すように、初期設定動作において、ハンドルセンサ１００（図１参照）とシート設置用圧力センサ１１０（図１参照）との両方を同時に動作させて、各センサで心拍の検出を行う。ハンドルセンサ１００から出力された信号は制御部１２０（図１参照）に入力され、この信号から、制御手段１２４（図１参照）がハンドルセンサ出力波形（図６参照）を作成する（図５のステップＳ５０１）。また、シート設置用圧力センサ１１０（図１参照）から出力された信号は制御部１２０（図１参照）に入力され、この信号から、制御手段１２４（図１参照）が圧力センサ出力波形（図７参照）を作成する（図５のステップＳ５０２）。

このようにして取得されたハンドルセンサ出力波形（図６参照）および圧力センサ出力波形（図７参照）に基づいて、演算手段１２２（図１参照）が、両出力波形の相互相関を、相互相関演算式にしたがって算出する。その結果、図８に示すハンドルセンサ出力波形と圧力センサ出力波形との相互相関を示す相関値が取得される（図５のステップＳ５０３）。図８に示すように、相互相関の算出結果において、相関値がしきい値Ｖｔ以上、かつ、相関値のピーク間隔の平均値およびばらつき（標準偏差）がハンドルセンサ出力波形のピーク間隔の平均値およびばらつき（標準偏差）に近い場合には、圧力センサ出力波形とハンドルセンサ出力波形との相関が高いと判断する（図５のステップＳ５０４：Ｙｅｓ）。そして、このようにハンドルセンサ出力波形との相関が高い圧力センサ出力波形が得られたら、図９に示すように、この圧力センサ出力波形を、圧力センサ出力テンプレート波形として記憶手段１２１（図１参照）に記憶する（図５のステップＳ５０５）。

なお、しきい値Ｖｔ（図８参照）は、任意に設定することが可能であり、生体情報検出における精度を考慮して適宜設定されるものである。算出された相関値がしきい値Ｖｔよりも低いと（図５のステップＳ５０４：Ｎｏ）、圧力センサ出力波形（図７参照）とハンドルセンサ出力波形（図６参照）との相関が低く、よって、圧力センサ出力波形には心拍以外の振動成分（すなわちノイズ成分）が含まれていることになる。それゆえ、このような圧力センサ出力波形を圧力センサ出力テンプレート波形（図９参照）として検出動作に利用すると、検出精度の低下を招く。したがって、この場合には、図５のステップＳ５０１に再び戻る。

相関性を調べた後の圧力センサ出力テンプレート波形の作成方法を具体的に説明すると、まず、制御部１２０（図１参照）の制御手段１２４（図１参照）が、図９に示すように、圧力センサ出力波形を周期毎に切り出す処理を行い、さらに、演算手段１２２（図１参照）が、切り出した各周期の平均波形を算出する。このようにして取得された平均波形を、圧力センサ出力テンプレート波形として、記憶手段１２１（図１参照）に記憶する。

なお、このように切り出した全ての周期の波形から平均波形を求めて圧力センサ出力テンプレート波形を作成する以外に、切り出した各周期の波形の中から、ハンドルセンサ出力波形（図６参照）との相関値が最も高い周期の波形を選択し、これを圧力センサ出力テンプレート波形としてもよい。

次に、上記のようにして作成した圧力センサ出力テンプレート波形を用いた検出動作について説明する。図５に示すように、まず、図２の実施例１の場合と同様、制御部１２０（図１参照）の判定手段１２３（図１参照）が、ハンドルセンサ１００（図１参照）からの信号検出が可能であるか否か、すなわち、ハンドルセンサ１００が両手保持されているか否かを判定する（図５のステップＳ５０６）。ハンドルセンサ１００からの信号検出が可能である場合（図５のステップＳ５０６：Ｙｅｓ）には、図２の実施例１のステップＳ１３〜ステップＳ１５と同様の動作（図５のステップＳ５０７〜ステップＳ５０９）が実施される。

一方、ハンドルセンサ１００（図１参照）からの信号検出ができない場合（図５のステップＳ５０６：Ｎｏ）には、シート設置用圧力センサ１１０（図１参照）による検出が行われ、その検出信号が制御部１２０（図１参照）に入力される。そして、制御手段１２４（図１参照）が、図１０に示すように、この信号に基づいて圧力センサ出力波形を作成する（図５のステップＳ５１０）。さらに、このようにして取得された圧力センサ出力波形と、前述の初期設定動作において作成され記憶された図１１の圧力センサ出力テンプレート波形とから、演算手段１２２（図１参照）が、相互相関演算式にしたがって両出力波形の相互相関を算出する。それにより、図１２に示す相互相関の算出結果が取得される（図５のステップＳ５１１）。

上記のようにして算出された相互相関の結果から、図１２に示すように、検出動作において取得された圧力センサ出力波形（図１０参照）と圧力センサ出力テンプレート波形（図１１参照）との相関値がしきい値Ｖｕ以上であるか否かを、判定手段１２３（図１参照）が判定する。このしきい値Ｖｕは、図８のしきい値Ｖｔと同様、検出精度に応じて適宜設定されるものである。

相関値がしきい値Ｖｕ以上である場合（図５のステップＳ５１２：Ｙｅｓ）には、検出動作により取得された圧力センサ出力波形（図１０参照）と圧力センサ出力テンプレート波形（図１１参照）との相関が高く、よって、取得された圧力センサ出力波形とハンドルセンサ出力波形（図６参照）との相関が高いと言える。したがって、シート設置用圧力センサ１１０（図１参照）による検出において、ハンドルセンサ１００による検出のような精度向上が図られることとなる。それゆえ、この場合には、シート設置用圧力センサ１１０からの出力信号を用いて演算手段１２２（図１参照）が心拍数を算出し（図５のステップＳ５１３）、取得された心拍数の変化に基づいて制御手段１２４（図１参照）が眠気進行度を検出する（図５のステップＳ５１４）。

一方、相関値がしきい値Ｖｕ未満である場合（図５のステップＳ５１２：Ｎｏ）には、検出動作により取得された圧力センサ出力波形（図１０参照）と圧力センサ出力テンプレート波形（図１１参照）との相関が低く、よって、取得された圧力センサ出力波形とハンドルセンサ出力波形（図６参照）との相関が低いと言える。したがって、このようなシート設置用圧力センサ１１０（図１参照）による検出では、心拍による体表面の振動以外のノイズ成分が含まれており、よって、良好な検出を行うことができない。それゆえ、この場合には、再びステップＳ５０６に戻って検出動作が行われる。

ハンドルセンサ１００（図１参照）による眠気の進行度および眠気の有無と程度の検出（図５のステップＳ５０９）、または、シート設置用圧力センサ１１０（図１参照）による眠気進行度の検出（図５のステップＳ５１４）が行われた後の各工程（図５のステップＳ５１５〜ステップＳ５１７）については、図２に示す実施例１のステップＳ２２〜ステップＳ２４と同様であるので、ここでは説明を省略する。

以上のように、かかる構成の本実施例においても、実施例１の場合と同様の効果が奏される。また、本実施例では、圧力センサ出力波形（図１０参照）と圧力センサ出力テンプレート波形（図１１参照）との相互相関を算出して得られた図１２の相互相関波形において、ピーク間隔を求めれば、心拍の拍動間隔を求めたことに等しくなる。したがって、シート設置用圧力センサ１１０（図１参照）による検出において、心拍数だけでなくＨＦの検出を行うことが可能となり、眠気の有無と程度を検出して眠気の絶対評価を行うことが可能となる。

図１３は、本発明の実施例４における生体情報検出装置の構成を示す模式図である。図１３に示すように、本実施例の生体情報検出装置は、図１の実施例１の生体情報検出装置と同様の構成を有するが、以下の点が、実施例１とは異なっている。すなわち、本実施例では、運転席の他に、さらに、車両の助手席と２つの後部座席とに、シート設置用圧力センサ１３０１〜１３０３がそれぞれ配設されている。そして、これらのシート設置用圧力センサ１３０１〜１３０３で検出された信号が、制御部１２０に出力可能に構成されている。また、本実施例では、シート設置用圧力センサ１３０１〜１３０３で検出された信号に基づいて、助手席および後部座席（ともに図示せず）の同乗者の眠気検出が行われ、その検出結果に応じて、制御部１２０が、カーオーディオ１３０４およびシート調節装置１３０５を制御するように構成されている。

そして、このような本実施例の生体情報検出装置では、運転者の眠気検出が、図２に示す実施例１の方法または図５に示す実施例３の方法により検出され、さらに、以下の方法により、シート設置用圧力センサ１３０１〜１３０３を用いて、同乗者の精神状態の推定（具体的には眠気検出）が行われる。

すなわち、本実施例においては、例えば、図２に示す実施例１のステップＳ１２〜ステップＳ２１の処理工程と同様の工程を経て、同乗者の眠気進行度の検出が行われる。このような検出では、実施例１のステップＳ１８の場合と同様、シート設置用圧力センサ１３０１〜１３０３による同乗者の心拍検出が可能であるか否かの判定に、ハンドルセンサ１００（図１参照）による運転者の心拍の検出情報（具体的には、心拍変動範囲ＨＲ１〜ＨＲ２）を利用するため、シート設置用圧力センサ１３０１〜１３０３による同乗者の心拍検出の精度向上が図られる。

あるいは、本実施例において、例えば、図５に示す実施例３のステップＳ５１０〜ステップＳ５１４の処理工程と同様の工程を経て、同乗者の眠気進行度の検出が行われてもよい。この場合、実施例３のステップＳ５１０〜ステップＳ５１２の場合と同様、図１０〜図１２に示すように、シート設置用圧力センサ１３０１〜１３０３により検出された各信号に基づいて作成された各圧力センサ出力波形（図１０参照）と、運転者の心拍をもとにして作成された圧力センサ出力テンプレート波形（図１１参照）との相関関係を制御部１２０（図１３参照）の演算手段１２２が算出する。

そして、その算出結果（図１２参照）に基づいて、シート設置用圧力センサ１３０１〜１３０３による同乗者の心拍検出が可能であるか否かの判定を行う。それにより、シート設置用圧力センサ１３０１〜１３０３を単独で動作させて検出を行う場合に比べて、同乗者の心拍検出の精度向上が図られる。

上記のような方法により、同乗者の眠気または睡眠が検出されると、制御部１２０の制御手段１２４が、同乗者のかかる状態を妨げないように、カーオーディオ１３０４およびシート調節装置１３０５を自動操作して制御する。具体的には、例えば、運転者だけに聞こえるようにカーオーディオ１３０４のスピーカ（図示せず）の指向性を切り替えたり、あるいは、眠気が検出された同乗者以外の同乗者の嗜好に基づいた自動選曲を行ってその曲を再生してもよく、また、眠気が検出された同乗者のシートをリクライニングさせてもよい。

以上のように、かかる構成の本実施例によれば、実施例１において前述した効果が奏されるとともに、さらに、同乗者の精神状態の検出結果をカーオーディオ１３０４やシート調節装置１３０５に応用することが可能となり、よって、快適な状態を実現することが可能となる。

（その他の変形例）
その他の変形例として、シート設置用圧力センサ１１０の代わりに、角速度センサまたは回転センサを適用することが考えられる。または、シート設置用圧力センサ１１０の代わりに、画像センサを使用することができる。ここで、以上の構成を、図１４および図１５を用いて説明する。

図１４は、角速度センサもしくは回転センサを適用した場合の座席の構成を説明する図である。椅子のフレーム１４０１に弾性体１４０２を介して座面１４０３を取り付け、座面１４０３に角速度センサまたは回転センサ１４０４を取り付ける。この座面１４０３上に搭乗者１４００が着席する。そして、角速度センサまたは回転センサ１４０４が、シート設置用圧力センサ１１０の代わりとなる。

そして、座面１４０３に取り付けた角速度または回転センサ１４０４が、椅子の上下振動をキャンセルし、心拍振動による座面１４０３の微小回転１４０５を検出する。走行中の車の振動１４０６は、フレーム１４０１から弾性体１４０２に伝わるが、弾性体１４０２が長手方向１４０７に伸縮してほとんどの振動を吸収する。一方，心拍による振動は、動脈を流れる血液の振動１４０８としてシートに伝わる。角速度または回転センサ１４０４は、心拍振動による座面１４０３の微小回転１４０５を心拍情報として検出し、制御部１２０に入力する。心拍情報の処理は、実施例１で説明した通りである。

図１５は、ハンドル部の一対の電極より呼吸周波数を算出する処理を説明するフローチャートである。呼吸周波数は、心拍のゆらぎ成分の中から抽出することができる。心臓は自律神経系の調整バランスによって拍動する。拍動の時間間隔の変動成分が「心拍ゆらぎ」である。さらに、このゆらぎの特定の周波数成分（＝０．１５〜０．４Ｈｚ）はＨＦといわれ、呼吸に影響されている。

ここで、シート設置用圧力センサ１１０の代わりに、画像センサを使用する。この画像センサを使用することにより、図１に示した制御部１２０が、呼吸周波数を算出し、呼吸周波数から眠気が発生したことを検出する。まず、画像を入力する（ステップＳ１５０１）。すなわち、運転席に取り付けたカメラにより運転者の上半身の動画像を撮像する。次に、画像を前処理する（ステップＳ１５０２）。次に、画像から体の特定部位（肩、襟元など）の形状線を検出する（ステップＳ１５０３）。次に、前の画像との形状線の位置に関する差分を検出する（ステップＳ１５０４）。これにより、定期的に体の特定部位（肩、襟元など）の形状線の位置の差分が検出される。

次に、差分値は呼吸による変移による一定範囲内の値であるか否かを判定する（ステップＳ１５０５）。一定範囲内の値の場合（ステップＳ１５０５：Ｙｅｓ）、呼吸周波数を算出する（ステップＳ１５０６）。一定範囲内の値でない場合（ステップＳ１５０５：Ｎｏ）、呼吸ではないのでノイズ判定する（ステップＳ１５０７）。

呼吸周波数の算出またはノイズ判定の後、処理が終了したか否かを判定する（ステップＳ１５０８）。処理が終了した場合（ステップＳ１５０８：Ｙｅｓ）、一連の処理の終了とする。処理が終了していない場合（ステップＳ１５０８：Ｎｏ）、ステップＳ１５０１に戻る。

以上の処理によって、体動のうち特定の呼吸周波数成分（＝０．１５〜０．４Ｈｚ）を抽出する。この特定の呼吸周波数成分の変化量を呼吸数とする。この呼吸数を用いることにより、眠気が発生したことを判定することができる。たとえば呼吸数が所定の数よりも少ないとき眠気が発生したと判定することができる。

本発明にかかる生体情報検出装置の構成は、上記の実施例１〜４に限定されるものではなく、これ以外の構成であってもよい。例えば、シート設置用圧力センサ１１０（図１参照）の代わりに、心音センサをシートに設置してもよい。この場合、例えば、心音センサは、通常のマイクロホンよりも低い周波数（１Ｈｚ程度）まで帯域を広げたものを利用し、これを、座った際の尻下部、腿下部、または背部に対応するシート部位に設置する。それにより、心臓の鼓動を、心音センサを介して音として検出することが可能となる。また、シート設置用圧力センサ１１０の代わりに、例えば、心音センサや加速度センサをシートベルト部に設置し、これらのセンサを用いて、心臓の拍動に同期した心音や加速度変化を検出してもよい。

また、ハンドルセンサ１００（図１参照）から離した側の手が自然に置かれる場所、例えばサイドブレーキ等に、ハンドルセンサ１００に残した手との間で電位差検出可能となるように、電極用パッドを追加した構成であってもよい。さらに、眠気検出後に、居眠りを予防するためのコンテンツとして、眠気の進行をグラフ等でモニタに表示し、運転者に眠気の進行度をデータとして示して眠気の自覚を促す構成であってもよい。また、必要に応じて、休憩を促すメッセージ等を出力する構成であってもよく、また、眠気を積極的に解消するために、音楽や映像その他の情報の提供が行われる構成であってもよい。

上記のような生体情報を利用した運転者の状態推定技術は、眠気の検出や予防だけでなく、人と車の新たなインターフェース、例えば、医療的な使用や、事故等の際に使用するための記録手段（ドライブレコーダ）等として利用可能である。また、音楽や映像といったカーオーディオシステムやカーナビゲーションシステムと融合させても利用可能である。

さらに、上記においては、本発明にかかる生体情報検出装置を自動車に適用する場合について説明したが、自動車以外の車両、船舶、飛行機等にも適用可能である。

Claims (16)

1. 運転対象である車両、船舶または航空機に搭載され、少なくとも運転者の心身状態を検出する生体情報検出装置であって、
   少なくとも一対の電極を備え、該電極に直接接触する体の部位間の電位差を検出することにより心拍を検出する電極センサと、
   心拍にともなう体表面の振動を検出することにより心拍を検出するシート内蔵センサと、を備えるとともに、
   前記電極センサによる検出により取得された心拍情報を前記シート内蔵センサによる心拍検出時に利用可能に構成され、
   前記電極センサによる心拍検出が実施不可である時、前記電極センサから取得された前記心拍情報に基づいて、前記シート内蔵センサによる検出が実施可能であるか否かの判定が行われることを特徴とする生体情報検出装置。
2. 前記電極センサによる心拍検出が実施不可であるとき、前記電極センサから取得された前記心拍情報に基づいて、前記シート内蔵センサによる検出が実施可能であるか否かの判定が行われ、実施可能であるときのみ、前記シート内蔵センサによる心拍検出が行われることを特徴とする請求項１に記載の生体情報検出装置。
3. 前記シート内蔵センサによる心拍検出時に利用される前記心拍情報は、前記電極センサにより検出された正常時心拍に基づいて設定された心拍の正常時変動範囲であることを特徴とする請求項１に記載の生体情報検出装置。
4. 前記電極センサから取得された前記心拍の正常時変動範囲に基づいて、前記シート内蔵センサによる心拍検出を可能とする検出可能心拍変動範囲が設定され、
   前記シート内蔵センサにより検出された心拍が前記検出可能心拍変動範囲内であれば、前記シート内蔵センサによる検出が実施可能であると判定されることを特徴とする請求項３に記載の生体情報検出装置。
5. 前記電極センサによる心拍検出と前記シート内蔵センサによる心拍検出とが同時に行われ、前記電極センサによる検出により取得された電極センサ出力波形と前記シート内蔵センサによる検出により取得されたシート内蔵センサ出力波形との相互相関性が算出されるとともに、該算出結果に基づいてシート内蔵センサ出力テンプレート波形が作成され、
   前記シート内蔵センサによる心拍検出時には、前記シート内蔵センサによる検出によって取得されるシート内蔵センサ出力波形と、前記シート内蔵センサ出力テンプレート波形との相互相関性が算出されるとともに、該算出結果に基づいて、前記シート内蔵センサによる検出が実施可能であるか否かの判定が行われることを特徴とする請求項１に記載の生体情報検出装置。
6. 前記シート内蔵センサによる心拍検出時には、前記シート内蔵センサによる検出によって取得されるシート内蔵センサ出力波形と、前記シート内蔵センサ出力テンプレート波形との相互相関性が算出されるとともに、該算出結果に基づいて、前記シート内蔵センサによる検出が実施可能であるか否かの判定が行われ、実施可能であるときのみ、前記シート内蔵センサによる心拍検出が行われることを特徴とする請求項５に記載の生体情報検出装置。
7. 前記シート内蔵センサによる検出により取得されたシート内蔵センサ出力波形と前記シート内蔵センサ出力テンプレート波形との相関値が所定値以上であれば、前記シート内蔵センサによる検出が実施可能であると判定されることを特徴とする請求項５に記載の生体情報検出装置。
8. 前記運転対象の挙動を検出する運転対象挙動センサをさらに備えるとともに、前記運転対象挙動センサによる検出により取得された前記運転対象の挙動情報を前記シート内蔵センサによる心拍検出時に利用可能に構成され、
   前記電極センサによる心拍検出が実施不可である時、前記運転対象挙動センサにより取得された前記運転対象の挙動情報に基づいて、前記シート内蔵センサによる検出が実施可能であるか否かの判定が行われることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の生体情報検出装置。
9. 前記運転対象挙動センサは前記運転対象の加速度を検出し、単位時間内における前記加速度の変化が所定範囲内であれば、前記シート内蔵センサによる検出が実施可能であると判定されることを特徴とする請求項８に記載の生体情報検出装置。
10. 前記電極センサは、運転席に配設されたハンドルに前記一対の電極の各々が分離配置されて構成され、
    前記シート内蔵センサは、運転席シートの尻下部、腿下部、または背部に対応するシート部位に配設されたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の生体情報検出装置。
11. 前記シート内蔵センサが、前記運転席シート以外の座席シートの尻下部、腿下部、または背部に対応するシート部位にさらに配設され、該座席シートに座った同乗者の心拍を検出可能に構成されるとともに、前記運転席のハンドルに配置された前記電極センサによる検出により取得された運転者の心拍情報を前記シート内蔵センサによる同乗者の心拍検出時に利用可能に構成され、
    前記電極センサにより取得された前記運転者の心拍情報に基づいて、前記シート内蔵センサによる前記同乗者の心拍検出が実施可能であるか否かの判定が行われることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の生体情報検出装置。
12. 前記電極センサにより取得された前記運転者の心拍情報に基づいて、前記シート内蔵センサによる前記同乗者の心拍検出が実施可能であるか否かの判定が行われ、実施可能であるときのみ、前記シート内蔵センサによる心拍検出が行われることを特徴とする請求項１１に記載の生体情報検出装置。
13. 前記電極センサおよび前記シート内蔵センサによる検出により取得された生体情報を少なくとも前記運転者に報知する報知手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の生体情報検出装置。
14. 前記シート内蔵センサは、圧力センサ、変位センサ、加速度センサ、角速度センサまたは回転センサのいずれかであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の生体情報検出装置。
15. 運転対象である車両、船舶または航空機に搭載され、少なくとも運転者の心身状態を検出する生体情報検出装置であって、
    少なくとも一対の電極を備え、該電極に直接接触する体の部位間の電位差を検出することにより呼吸数を検出する電極センサと、
    呼吸にともなう体表面の振動を検出することにより呼吸数を検出するシート内蔵センサまたは画像センサと、を備えるとともに、
    前記電極センサによる検出により取得された呼吸数情報を前記シート内蔵センサまたは画像センサによる呼吸数検出時に利用可能に構成され、
    前記電極センサによる呼吸数検出が実施不可である時、前記電極センサから取得された前記呼吸数情報に基づいて、前記シート内蔵センサまたは画像センサによる検出が実施可能であるか否かの判定が行われることを特徴とする生体情報検出装置。
16. 前記シート内蔵センサは、圧力センサ、変位センサ、加速度センサ、角速度センサまたは回転センサのいずれかであることを特徴とする請求項１５に記載の生体情報検出装置。

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