覚醒度合検出装置
【課題】使用者が落ち着いて冷静な覚醒状態にある場合と居眠りの前段階にある場合とを明確に区別して、居眠りの前段階の状態を正確に検出することができる。
【解決手段】使用者の動脈血管の拍動を検知するセンサ部２と、この拍動から脈波を取得し、その脈波から脈波同期パルス列を生成し、脈波同期パルス列から最大エントロピー法を適用して脈波同期パルス列の揺らぎであるパワースペクトル密度を取得し、０．０１Ｈｚ以上１．０Ｈｚ以下の周波数領域内に０．１Ｈｚ〜０．８Ｈｚの周波数領域を含んで設定される第１の設定周波数領域に、パワースペクトル密度が異なる周波数で複数出現したことを認識した場合に、入眠が予測される状態として検出する覚醒度合検出部６とを備える覚醒度合検出装置。
【解決手段】使用者の動脈血管の拍動を検知するセンサ部２と、この拍動から脈波を取得し、その脈波から脈波同期パルス列を生成し、脈波同期パルス列から最大エントロピー法を適用して脈波同期パルス列の揺らぎであるパワースペクトル密度を取得し、０．０１Ｈｚ以上１．０Ｈｚ以下の周波数領域内に０．１Ｈｚ〜０．８Ｈｚの周波数領域を含んで設定される第１の設定周波数領域に、パワースペクトル密度が異なる周波数で複数出現したことを認識した場合に、入眠が予測される状態として検出する覚醒度合検出部６とを備える覚醒度合検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用者の居眠りが予測される前段階の状態等を検出する覚醒度合検出装置に係り、特に動脈血管の拍動から状態検出を行う覚醒度合検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
使用者の居眠りが予測される状態の検出を意図する装置として、特許文献１の耳掛け式脈拍計がある。特許文献１の耳掛け式脈拍計は、使用者の耳朶に装着される耳朶クリップに、耳朶部分の血流量の変化に基づき脈拍を検出する脈拍検出素子を設け、耳に掛けて装着されるフック付きケースに、音源とスピーカとスピーカ駆動部を設け、脈拍検出素子により使用者の脈拍数を検出し、検出した脈拍の脈拍数の一定時間毎の増加分が第１の判定値より大きくなる場合に吸気より呼気の時間を長くする呼吸法を指示する音声を発すると共に、脈拍数の一定時間毎の減少分が第２の判定値より大きくなる場合に呼気よりも吸気の時間を長くする呼吸法を指示する音声を発するものであり、後者は吸気の時間を長くして心拍数の減少を抑制し、居眠りの前段階の状態では居眠り状態になることを回避することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０８７７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１の耳掛け式脈拍計は、脈拍数の一定時間毎の増減に基づき使用者の状態を判定するものであるため、覚醒の度合が高い場合と低い場合を判定することは可能であるものの、例えば使用者が落ち着いて冷静な覚醒状態にある場合と居眠りの前段階の状態を正確に判別することは難しい。そのため、例えば自動車の運転者の覚醒を促す場合に、冷静な覚醒状態にある運転者に覚醒を促してしまい、運転者が煩わしく感じる事態も生ずる。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑み提案するものであって、使用者が落ち着いて冷静な覚醒状態にある場合と居眠りの前段階にある場合とを明確に区別して、居眠りの前段階の状態を正確に検出することができる覚醒度合検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の覚醒度合検出装置は、使用者の動脈血管の拍動を検知するセンサ部と、前記拍動から脈波を取得し、前記取得した脈波から脈波同期パルス列（Ｐ−Ｐ）を生成し、前記生成した脈波同期パルス列（Ｐ−Ｐ）から最大エントロピー法（ＭＥＭ）を適用して前記脈波同期パルス列（Ｐ−Ｐ）の揺らぎであるパワースペクトル密度（ＰＳＤ）を取得し、０．０１Ｈｚ以上１．０Ｈｚ以下の周波数領域内に０．１Ｈｚ〜０．８Ｈｚの周波数領域を含んで設定される第１の設定周波数領域に、前記パワースペクトル密度（ＰＳＤ）が異なる周波数で複数出現したことを認識した場合に、入眠が予測される状態として検出する覚醒度合検出部とを備えることを特徴とする。
前記構成では、第１の設定周波数領域にパワースペクトル密度が異なる周波数で複数出現したことの認識により、入眠が予測される状態、即ち居眠りの前段階の状態を正確に検出することができる。従って、例えば居眠りの前段階の状態検出を利用して自動車の運転者等の使用者の覚醒を促す場合に、使用者が確実に居眠りの前段階の状態にある時に使用者の覚醒を促すことができ、落ち着いた覚醒状態で居眠りの前段階の状態にない使用者に覚醒を促して煩わしさを感じさせることを防止できる。
【０００７】
また、本発明の覚醒度合検出装置は、前記覚醒度合検出部が、前記第１の設定周波数領域に前記パワースペクトル密度が異なる周波数で複数出現したことを認識した後に、０．１５Ｈｚ以上０．８Ｈｚ以下の周波数領域内に０．２Ｈｚ、０．３Ｈｚ若しくは０．２Ｈｚと０．３Ｈｚとの間の所定周波数を含んで設定される第２の設定周波数領域に、前記パワースペクトル密度（ＰＳＤ）が複数出現したことを認識した場合に、入眠状態として検出することを特徴とする。
前記構成では、第２の設定周波数領域にパワースペクトル密度が複数出現したことの認識により、入眠状態を正確に検出することができる。従って、例えば居眠りの前段階の状態の使用者と入眠状態の使用者の覚醒を促す場合に、前者については比較的弱く、後者については強い出力で覚醒を促し、使用者の状態に適する覚醒の促しを行うことができる。
【０００８】
また、本発明の覚醒度合検出装置は、前記覚醒度合検出部が、前記第１の設定周波数領域若しくは前記第２の設定周波数領域に前記パワースペクトル密度（ＰＳＤ）が出現した後に、前記第１の設定周波数領域若しくは前記第１の設定周波数領域と前記第２の設定周波数領域に前記パワースペクトル密度（ＰＳＤ）が所定の覚醒状態維持時間の間に出現しないことを認識した場合に、安定的な覚醒復帰状態として検出することを特徴とする。
前記構成では、覚醒状態維持時間にパワースペクトル密度が出現しないことの認識により、安定的な覚醒復帰状態を正確に検出することができる。従って、例えば自動車の運転者等の使用者に居眠りの前段階等から安定的な覚醒復帰状態になったことを報知し、運転者等に良好な状態であることを認識させることができる。
【０００９】
また、本発明の覚醒度合検出装置は、前記覚醒度合検出部が、前記第１の設定周波数領域若しくは前記第２の設定周波数領域に前記パワースペクトル密度（ＰＳＤ）が出現した後に、前記第１の設定周波数領域若しくは前記第１の設定周波数領域と前記第２の設定周波数領域に前記パワースペクトル密度（ＰＳＤ）が所定の覚醒状態維持時間の間に出現しないことを認識し、且つ０．００００１Ｈｚ以上０．０１Ｈｚの以下の周波数領域内に０．０００１Ｈｚ〜０．００１Ｈｚの所定周波数を含んで設定される第３の設定周波数領域に、前記パワースペクトル密度（ＰＳＤ）が前記覚醒状態維持時間の間の解析時間間隔毎に持続的に出現していることを認識した場合に、安定的な覚醒復帰状態として検出することを特徴とする。
前記構成では、覚醒状態維持時間にパワースペクトル密度が出現しないことの認識及び第３の設定周波数領域にパワースペクトル密度が持続的に出現することの認識により、安定的な覚醒復帰状態をより正確且つ確実に検出することができる。従って、例えば自動車の運転者等の使用者に居眠りの前段階等から安定的な覚醒復帰状態になったことを報知し、運転者等に良好な状態であることを認識させることができる。
【００１０】
また、本発明の覚醒度合検出装置は、前記覚醒度合検出部が、前記脈波同期パルス列（Ｐ−Ｐ）に対し、５秒以内の解析時間間隔毎にサンプリングデータ数４０９６Ｈｚ以上で採取して前記最大エントロピー法（ＭＥＭ）を適用することを特徴とする。
前記構成により、覚醒度合検出部が使用者の居眠りの前段階の状態や入眠状態を漏らすことなく、入眠予測状態や入眠状態を非常に確実に検出することができる。また、サンプリング周波数を４０９６Ｈｚ以上とすることによって、ペースメーカーを埋め込んでいる人の場合もＰ−Ｐの揺らぎを正確に識別することができる。
【００１１】
また、本発明の覚醒度合検出装置は、前記覚醒度合検出部の検出結果に基づいて所定の出力を行う出力部と、前記覚醒度合検出部の検出結果に基づいて前記出力部の出力を制御する出力制御部とを備え、前記覚醒度合検出部が前記入眠予測状態を検出した場合に、前記出力制御部の制御により、前記出力部から覚醒作用を有する第１の出力を行い、前記覚醒度合検出部が前記入眠状態を検出した場合に、前記出力制御部の制御により、前記出力部から前記第１の出力よりも覚醒作用の大きい第２の出力を行うことを特徴とする。
前記構成により、居眠りの前段階の使用者に対して適度な覚醒作用を有する出力を行い、入眠状態の使用者に対して強い覚醒作用を有する出力を行い、使用者の状態に適する出力で使用者を覚醒させることができる。
【００１２】
また、本発明の覚醒度合検出装置は、前記出力部を、スピーカ、使用者に光を照射する光照射部若しくは使用者の座席に設けられ使用者に振動を与える振動部とし、前記第１の出力を、音、照射光若しくは振動とし、前記第２の出力を、前記第１の出力より覚醒作用の大きい音、照射光若しくは振動とすることを特徴とする。
前記構成では、使用者に音、照射光、振動を与えて使用者の覚醒を促すことができると共に、使用者の状態に適する音、照射光、振動で使用者を覚醒させることができる。
【００１３】
また、本発明の覚醒度合検出装置は、前記覚醒度合検出部が前記安定的な覚醒復帰状態を検出した場合に、前記出力制御部の制御により、前記出力部から安定的な覚醒復帰を意味する第３の出力を行うことを特徴とする。
前記構成により、例えば自動車の運転者等の使用者に居眠りの前段階の状態等から安定的な覚醒復帰状態になったことを報知し、運転者等の使用者に良好な状態であることを認識させることができる。
【００１４】
また、本発明の覚醒度合検出装置は、前記センサ部が、使用者の拡張期血圧値に略対応して内圧を６５ｍｍＨｇ〜７０ｍｍＨｇに設定され、使用者の頸に装着される空気容積体と、前記空気容積体に設けられ、使用者の頚動脈の拍動を検知可能な拍動検知センサとから構成されることを特徴とする。
前記構成では、使用者の頸に装着する空気容積体の拍動検知センサにより、使用者の拍動を正確に検出することができる。また、脳に近い頚動脈の拍動は脳機能に直結した脳血流情報であるから、頚動脈の拍動を分析することにより覚醒状態の検出において非常に正確な情報を得ることができる。また、例えば心電図Ｒ−Ｒ波の情報等は心臓の拍出血流の微妙な変化（心房細動など）ないしは拍出血流のない不整脈（心室性期外収縮など）を含んでいるのに対して、また、不整脈でペースメーカーを埋め込んでいる人ではＲ−Ｒの揺らぎが見えなくなっているのに対して、血流脈波Ｐ−Ｐで、脳機能に直結した頸動脈の血流信号を用いることにより、脈波が欠落したり、脈波の規則性が不十分な不整脈の使用者にも対応でき、脈波の規則の揺らぎを正確に計測することができる。
【００１５】
また、本発明の覚醒度合検出装置は、前記センサ部が、使用者から離間して設けられ、使用者の頚動脈に対して光若しくは超音波を照射して使用者の頚動脈の拍動を検知可能な拍動検知センサから構成されることを特徴とする。
前記構成では、センサ部を使用者から離間した状態で使用者の拍動を検出することができる。また、脳に近い頚動脈の拍動は脳機能に直結した脳血流情報であるから、頚動脈の拍動を分析することにより覚醒状態の検出において非常に正確な情報を得ることができる。また、例えば心電図Ｒ−Ｒ波の情報等は心臓の拍出血流の微妙な変化（心房細動など）ないしは拍出血流のない不整脈（心室性期外収縮など）を含んでいるのに対して、また、不整脈でペースメーカーを埋め込んでいる人ではＲ−Ｒの揺らぎが見えなくなっているのに対して、血流脈波Ｐ−Ｐで、脳機能に直結した頸動脈の血流信号を用いることにより、脈波が欠落したり、脈波の規則性が不十分な不整脈の使用者にも対応でき、脈波の規則の揺らぎを正確に計測することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の覚醒度合検出装置は、使用者が落ち着いて冷静な覚醒状態にある場合と居眠りの前段階にある場合とを明確に区別して、居眠りの前段階の状態を正確に検出することができる。従って、例えば居眠りの前段階の状態検出を利用して自動車の運転者等の使用者の覚醒を促す場合に、使用者が確実に居眠りの前段階の状態にある時に使用者の覚醒を促すことができ、居眠りの前段階の状態にない使用者に覚醒を促して煩わしさを感じさせることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態の覚醒度合検出装置の構成を示すブロック図。
【図２】センサ部の構成を示す平面図。
【図３】実施形態の覚醒度合検出装置の処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
〔実施形態の覚醒度合検出装置〕
本発明の実施形態の覚醒度合検出装置について説明する。実施形態の覚醒度合検出装置１は、図１に示すように、使用者の動脈血管の拍動を検知するセンサ部２と、ＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭ等の記憶部等で構成され、記憶部に設定されている制御プログラムに従って所定の処理動作を行う中央処理部３と、起動スイッチの開閉や操作入力等の入力をするための入力部４と、所定の出力を行う出力部５とを備える。中央処理部３は、センサ部２から入力される検知情報に所定の処理を施して使用者の覚醒状態を検出する覚醒度合検出部６と、覚醒度合検出部６の検出結果に基づいて出力部５の出力を制御する出力制御部７とを有し、出力制御部７の制御により、出力部５は覚醒度合検出部３の検出結果に基づいて所定の出力を行うようになっている。
【００１９】
センサ部２は、図２に示すように、使用者の頸に装着される環状の空気容積体２１と、空気容積体２１に設けられる拍動検知センサ２２とから構成される。空気容積体２１は、平面視半円状で中空部材である本体２１１を一対有し、本体２１１内にはそれぞれ空気が充填されて、その内圧は使用者の拡張期血圧値に略対応して６５ｍｍＨｇ〜７０ｍｍＨｇに設定されている。本体２１１の端部にはフック状の係止部と環状の被係止部が設けられ、この係止部と被係止部とで構成される留め具２１２で本体２１１・２１１の両端をそれぞれ留めることにより、空気容積体２１は環状に構成されている。本体２１１の略中央の内面には、使用者の頚動脈の位置に対応して、例えば歪みセンサである拍動検知センサ２２が貼付等で設けられており、拍動検知センサ２２は使用者の頚動脈の拍動を検知可能である。拍動検知センサ２２は図示省略するケーブルを介して中央処理部３に接続されており、中央処理部３を介した入力部４からの入力で起動、起動停止するようになっている。
【００２０】
中央処理部３の覚醒度合検出部６は、所定制御プログラムに従って動作するＣＰＵや所要データを記憶する記憶部等から構成され、センサ部２の検知する拍動から脈波を取得する脈波取得部６１と、この脈波から脈波同期パルス列（Ｐ−Ｐ）を生成するパルス列生成部６２と、この脈波同期パルス列（Ｐ−Ｐ）に最大エントロピー法（ＭＥＭ）を適用して脈波同期パルス列（Ｐ−Ｐ）の揺らぎであるパワースペクトル密度（ＰＳＤ）を取得するＰＳＤ取得部６３と、このパワースペクトル密度（ＰＳＤ）から居眠りの前段階である入眠予測状態、居眠りの状態である入眠状態或いは覚醒状態の覚醒度合を判定して検出する覚醒度合判定部６４とから構成される。
【００２１】
ＰＳＤ取得部６３は、脈波同期パルス列（Ｐ−Ｐ）に対し、所定の解析時間間隔毎にサンプリングデータ数４０９６以上でＡ／Ｄ変換し、デジタル変換して採取したサンプリングデータに対して最大エントロピー法（ＭＥＭ）を適用してパワースペクトル密度（ＰＳＤ）を取得し、その後の覚醒度合判定部６４も前記所定の解析時間間隔毎に検出処理を行うようになっている。前記所定の解析時間間隔は、好適には５秒以内、より好適には１秒〜３秒、更に好適には１．５秒から２．５秒程度とすると良く、本例では２秒とする。
【００２２】
覚醒度合判定部６４は、０．０１Ｈｚ以上１．０Ｈｚ以下の周波数領域内に０．１Ｈｚ〜０．８Ｈｚの周波数領域を含んで設定される第１の設定周波数領域、好適には０．０５Ｈｚ〜０．８Ｈｚで設定される第１の設定周波数領域に、パワースペクトル密度（ＰＳＤ）が異なる周波数で複数出現したことを認識した場合に、入眠が予測される状態として検出する。また、覚醒度合判定部６４は、第１の設定周波数領域にパワースペクトル密度が異なる周波数で複数出現したことを認識した後に、０．１５Ｈｚ以上０．８Ｈｚ以下の周波数領域内に０．２Ｈｚ、０．３Ｈｚ若しくは０．２Ｈｚと０．３Ｈｚとの間の所定周波数を含んで設定される第２の設定周波数領域、好適には０．１８Ｈｚ〜０．３２Ｈｚで設定される第２の設定周波数領域に、パワースペクトル密度（ＰＳＤ）が複数出現したことを認識した場合に、入眠状態として検出する。第１の設定周波数領域、第２の設定周波数領域で出現を認識するパワースペクトル密度（ＰＳＤ）の強度は０超であれば適宜であるが、例えば第２の設定周波数領域で出現を認識するパワースペクトル密度（ＰＳＤ）は、１ｍｓ２／Ｈｚ以上の強度を有するものとすると好適である。
【００２３】
また、覚醒度合判定部６４は、第１の設定周波数領域若しくは第２の設定周波数領域にパワースペクトル密度（ＰＳＤ）が出現した後に、第１の設定周波数領域と第２の設定周波数領域とにパワースペクトル密度（ＰＳＤ）が所定の覚醒状態維持時間の間に出現しないことを認識した場合に、安定的な覚醒復帰状態として検出する。前記覚醒状態維持時間の長さは、安定的な覚醒復帰状態と判断できるものであれば適宜であるが、例えば５秒〜２０秒程度の時間とすると好適である。
【００２４】
出力制御部７は、覚醒度合判定部６４が入眠予測状態を検出した場合に、出力部５から覚醒作用を有する第１の出力を行うように出力部５を制御し、覚醒度合判定部６４が入眠状態を検出した場合に、出力部５から第１の出力よりも覚醒作用の大きい第２の出力を行うように出力部５を制御し、覚醒度合判定部６４が安定的な覚醒復帰状態を検出した場合に、出力部５から安定的な覚醒復帰を意味する第３の出力を行うように出力部５を制御する。
【００２５】
出力部５は、例えばスピーカとし、第１の出力を音楽或いは音声等の音、第２の出力を第１の出力より音量が大きい或いは周波数が大きい等の覚醒作用の大きい音、第３の出力を安定的な覚醒復帰を意味する音楽或いは音声等の音とすると良好である。出力部５をスピーカとし、覚醒度合検出装置１を車両に設ける場合には、車両の内蔵スピーカを出力部５として用いる構成とすると好適である。
【００２６】
次に、実施形態の覚醒度合検出装置１による使用者の覚醒状態の検出処理について説明する。図３は実施形態の覚醒度合検出装置の処理を示すフローチャートである。
【００２７】
先ず、使用者は、センサ部２の空気容積体２１を頸の周りに装着し、拍動検知センサ２２が頚動脈に位置するようにセンサ部２を設ける。そして、入力部４からの入力で中央処理部３、センサ部２、出力部５を起動し、センサ部２の拍動検知センサ２２で使用者の頚動脈の拍動を検知する（Ｓ１０１）。検知された拍動は中央処理部３の覚醒度合検出部６に入力される。
【００２８】
覚醒度合検出部６の脈波取得部６１は、入力された使用者の頚動脈の拍動から脈波を取得する（Ｓ１０２）。そして、パルス列生成部６２は、この脈波から脈波同期パルス列（Ｐ−Ｐ）を生成する（Ｓ１０３）。この頚動脈の拍動から脈波同期パルス列（Ｐ−Ｐ）を取得するパルス列生成部６２は、例えばＶ−Ｆ変換回路又は２次微分回路であり、頚動脈の拍動に対してＶ−Ｆ変換操作又は二次微分操作によって脈波同期パルス列（Ｐ−Ｐ）を取得する。
【００２９】
次いで、ＰＳＤ取得部６３は、この脈波同期パルス列（Ｐ−Ｐ）に最大エントロピー法（ＭＥＭ）を適用して脈波同期パルス列（Ｐ−Ｐ）の揺らぎであるパワースペクトル密度（ＰＳＤ）を取得する（Ｓ１０４）。そして、覚醒度合判定部６４が、第１の設定周波数領域にパワースペクトル密度（ＰＳＤ）が異なる周波数で複数出現したか否かを判定し（Ｓ１０５）、パワースペクトル密度（ＰＳＤ）が異なる周波数で複数出現したことを認識した場合に、入眠が予測される状態として検出する（Ｓ１０６）。前記異なる周波数で出現するパワースペクトル密度の個数は複数個であれば適宜であるが、異なる周波数で５個以上、好ましくは１０個以上とすると良好である。そして、入眠予測状態の検出に応じて、出力制御部７は出力部５を制御し、出力部５から覚醒作用を有する第１の出力を行う（Ｓ１０７）。
【００３０】
また、覚醒度合判定部６４は、第１の設定周波数領域にパワースペクトル密度が異なる周波数で複数出現したことを認識した後に、これに続いて第２の設定周波数領域にパワースペクトル密度（ＰＳＤ）が複数出現したか否かを判定し（Ｓ１０８）、パワースペクトル密度（ＰＳＤ）が複数出現したことを認識した場合に、入眠状態として検出する（Ｓ１０９）。そして、入眠状態の検出に応じて、出力制御部７は出力部５を制御し、出力部５から第１の出力よりも覚醒作用の大きい第２の出力を行う（Ｓ１１０）。
【００３１】
また、覚醒度合判定部６４は、第１の設定周波数領域若しくは第２の設定周波数領域にパワースペクトル密度（ＰＳＤ）が出現した後に、図示省略するタイマーで時間を計測して、第１の設定周波数領域と第２の設定周波数領域とにパワースペクトル密度（ＰＳＤ）が所定の覚醒状態維持時間の間に出現しないか否かを判定し（Ｓ１１１）、第１の設定周波数領域と第２の設定周波数領域とにパワースペクトル密度（ＰＳＤ）が所定の覚醒状態維持時間の間に出現しないことを認識した場合に、安定的な覚醒復帰状態として検出する（Ｓ１１２）。そして、安定的な覚醒復帰状態の検出に応じて、出力制御部７は出力部５を制御し、出力部５から安定的な覚醒復帰を意味する第３の出力を行う（Ｓ１１３）。
【００３２】
第１実施形態の覚醒度合検出装置１は、第１の設定周波数領域にパワースペクトル密度が異なる周波数で複数出現したことの認識により、居眠りの前段階の状態を正確に検出することができると共に、第２の設定周波数領域にパワースペクトル密度が複数出現したことの認識により、居眠り状態を正確に検出することができる。従って、居眠りの前段階の使用者の覚醒を促し、居眠り運転の防止等を図ることができ、更には、例えば居眠りの前段階の使用者と入眠状態の使用者の覚醒を促す場合に、前者については比較的弱く、後者については強い出力で覚醒を促し、使用者の状態に適する覚醒の促しを行うことができる。また、覚醒状態維持時間にパワースペクトル密度が出現しないことの認識により、安定的な覚醒復帰状態を正確に検出することができ、例えば自動車の運転者等に安定的な覚醒復帰状態になったことを報知し、良好な状態であることを認識させることができる。
【００３３】
また、覚醒度合検出部６が、脈波同期パルス列（Ｐ−Ｐ）に対し、５秒以内の解析時間間隔毎にサンプリングデータ数４０９６Ｈｚ以上で採取して前記最大エントロピー法（ＭＥＭ）を適用する場合には、使用者の居眠りの前段階の状態や入眠状態を漏らすことなく、入眠予測状態や入眠状態を非常に確実に検出することができる。また、使用者の頸に装着され、使用者の拡張期血圧値に略対応して内圧を設定されている空気容積体と拍動検知センサにより、使用者の頚動脈の拍動を正確に検出することができる。また、脳に近い頚動脈の拍動は脳機能に直結した脳血流情報であるから、頚動脈の拍動を分析することにより覚醒状態の検出において非常に正確な情報を得ることができる。また、例えば心電図Ｒ−Ｒ波の情報等は心臓の拍出血流の微妙な変化（心房細動など）ないしは拍出血流のない不整脈（心室性期外収縮など）を含んでいるのに対して、また、不整脈でペースメーカーを埋め込んでいる人ではＲ−Ｒの揺らぎが見えなくなっているのに対して、血流脈波Ｐ−Ｐで、脳機能に直結した頸動脈の血流信号を用いることにより、脈波が欠落したり、脈波の規則性が不十分な不整脈の使用者にも対応でき、脈波の規則の揺らぎを正確に計測することができる。
【００３４】
〔実施形態の変形例等〕
本明細書開示の発明には、各発明や実施形態等の構成の他に、これらの部分的な構成を本明細書開示の他の構成に変更して特定したもの、或いはこれらの構成に本明細書開示の他の構成を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な構成を部分的な作用効果が得られる限度で削除して特定した上位概念化したものも含まれ、下記のような変形例も包含される。
【００３５】
例えばセンサ部２は、上記実施形態の構成にも使用者の動脈血管の拍動を検知可能な構成であれば適宜であり、例えば使用者の頚動脈に対して光若しくは超音波を照射して使用者の頚動脈の拍動を検知可能な拍動検知センサを、車両のピラーに設置する等により使用者から離間して設けるようにしてもよい。前記構成により、センサ部２を使用者から離間した状態で、脳機能に直結した頚動脈の拍動を検知することが可能となり、覚醒状態の検出において非常に正確な情報を得ることができる。尚、本発明に於ける拍動検知センサ２２、或いはセンサ部２に用いる拍動検知センサには、歪みセンサ、加速度センサ、光センサ、インピーダンスセンサ等を適宜用いることが可能である。また、センサ部２は、使用者の腕、手首若しくは耳に空気容積体２１を巻いて装着する等により、これらの各部の動脈血管の拍動を検出する構成とすることも可能である。また、センサ部２を、使用者の異なる２部位に取り付けられて各部位で動脈の拍動を検知するものとし、覚醒度合検出部６が、一方の部位の拍動と他方の部位の拍動との時間差を測定し、前記２部位間の距離を前記時間差で割って脈波伝搬速度を取得する構成としてもよい。
【００３６】
また、覚醒度合検出部６である覚醒度合判定部６４が、使用者の安定的な覚醒復帰状態を検出する際に、上述の第１の設定周波数領域若しくは第２の設定周波数領域にパワースペクトル密度（ＰＳＤ）が出現した後に、第１の設定周波数領域と第２の設定周波数領域とにパワースペクトル密度（ＰＳＤ）が所定の覚醒状態維持時間の間に出現しないことの認識に加え、０．００００１Ｈｚ以上０．０１Ｈｚの以下の周波数領域内に０．０００１Ｈｚ〜０．００１Ｈｚの所定周波数を含んで設定される第３の設定周波数領域、好適には０．０００１Ｈｚ〜０．００３Ｈｚで設定される第３の設定周波数領域に、パワースペクトル密度（ＰＳＤ）が覚醒状態維持時間の間の解析時間間隔毎に持続的に出現していることを認識した場合に、安定的な覚醒復帰状態として検出すると、より正確且つ確実に覚醒復帰状態を検出することができて好適である。
【００３７】
また、出力部５は、スピーカ以外にも、使用者に向けて直接的若しくは間接的に光を照射する光照射部、或いは使用者の座席に設けられ、使用者に振動を与える振動部等、或いはスピーカ、光照射部、振動部等の少なくとも２つの組み合わせとすることも可能である。出力部５を光照射部とする場合、第１の出力を照射光、第２の出力を第１の出力より光量の大きい覚醒作用の大きな照射光、第３の出力を安定的な覚醒復帰を意味する点滅光などの照射光とすると良好である。また、出力部５を振動部とする場合、第１の出力を使用者のお尻若しくは背中等に与える振動とし、第２の出力を振幅が大きい等の振動エネルギーが大きく覚醒作用の大きな振動とし、第３の出力を安定的な覚醒復帰を意味するパターン化された小さな振動とすると良好である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、例えば自動車を運転する運転者の居眠りが予測される前段階の状態を検出し、運転者の覚醒を促す場合に利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…覚醒度合検出装置 ２…センサ部 ２１…空気容積体 ２１１…本体 ２１２…留め具 ２２…拍動検知センサ ３…中央処理部 ４…入力部 ５…出力部 ６…覚醒度合検出部 ６１…脈波取得部 ６２…パルス列生成部 ６３…ＰＳＤ取得部 ６４…覚醒度合判定部 ７…出力制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用者の居眠りが予測される前段階の状態等を検出する覚醒度合検出装置に係り、特に動脈血管の拍動から状態検出を行う覚醒度合検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
使用者の居眠りが予測される状態の検出を意図する装置として、特許文献１の耳掛け式脈拍計がある。特許文献１の耳掛け式脈拍計は、使用者の耳朶に装着される耳朶クリップに、耳朶部分の血流量の変化に基づき脈拍を検出する脈拍検出素子を設け、耳に掛けて装着されるフック付きケースに、音源とスピーカとスピーカ駆動部を設け、脈拍検出素子により使用者の脈拍数を検出し、検出した脈拍の脈拍数の一定時間毎の増加分が第１の判定値より大きくなる場合に吸気より呼気の時間を長くする呼吸法を指示する音声を発すると共に、脈拍数の一定時間毎の減少分が第２の判定値より大きくなる場合に呼気よりも吸気の時間を長くする呼吸法を指示する音声を発するものであり、後者は吸気の時間を長くして心拍数の減少を抑制し、居眠りの前段階の状態では居眠り状態になることを回避することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０８７７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１の耳掛け式脈拍計は、脈拍数の一定時間毎の増減に基づき使用者の状態を判定するものであるため、覚醒の度合が高い場合と低い場合を判定することは可能であるものの、例えば使用者が落ち着いて冷静な覚醒状態にある場合と居眠りの前段階の状態を正確に判別することは難しい。そのため、例えば自動車の運転者の覚醒を促す場合に、冷静な覚醒状態にある運転者に覚醒を促してしまい、運転者が煩わしく感じる事態も生ずる。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑み提案するものであって、使用者が落ち着いて冷静な覚醒状態にある場合と居眠りの前段階にある場合とを明確に区別して、居眠りの前段階の状態を正確に検出することができる覚醒度合検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の覚醒度合検出装置は、使用者の動脈血管の拍動を検知するセンサ部と、前記拍動から脈波を取得し、前記取得した脈波から脈波同期パルス列（Ｐ−Ｐ）を生成し、前記生成した脈波同期パルス列（Ｐ−Ｐ）から最大エントロピー法（ＭＥＭ）を適用して前記脈波同期パルス列（Ｐ−Ｐ）の揺らぎであるパワースペクトル密度（ＰＳＤ）を取得し、０．０１Ｈｚ以上１．０Ｈｚ以下の周波数領域内に０．１Ｈｚ〜０．８Ｈｚの周波数領域を含んで設定される第１の設定周波数領域に、前記パワースペクトル密度（ＰＳＤ）が異なる周波数で複数出現したことを認識した場合に、入眠が予測される状態として検出する覚醒度合検出部とを備えることを特徴とする。
前記構成では、第１の設定周波数領域にパワースペクトル密度が異なる周波数で複数出現したことの認識により、入眠が予測される状態、即ち居眠りの前段階の状態を正確に検出することができる。従って、例えば居眠りの前段階の状態検出を利用して自動車の運転者等の使用者の覚醒を促す場合に、使用者が確実に居眠りの前段階の状態にある時に使用者の覚醒を促すことができ、落ち着いた覚醒状態で居眠りの前段階の状態にない使用者に覚醒を促して煩わしさを感じさせることを防止できる。
【０００７】
また、本発明の覚醒度合検出装置は、前記覚醒度合検出部が、前記第１の設定周波数領域に前記パワースペクトル密度が異なる周波数で複数出現したことを認識した後に、０．１５Ｈｚ以上０．８Ｈｚ以下の周波数領域内に０．２Ｈｚ、０．３Ｈｚ若しくは０．２Ｈｚと０．３Ｈｚとの間の所定周波数を含んで設定される第２の設定周波数領域に、前記パワースペクトル密度（ＰＳＤ）が複数出現したことを認識した場合に、入眠状態として検出することを特徴とする。
前記構成では、第２の設定周波数領域にパワースペクトル密度が複数出現したことの認識により、入眠状態を正確に検出することができる。従って、例えば居眠りの前段階の状態の使用者と入眠状態の使用者の覚醒を促す場合に、前者については比較的弱く、後者については強い出力で覚醒を促し、使用者の状態に適する覚醒の促しを行うことができる。
【０００８】
また、本発明の覚醒度合検出装置は、前記覚醒度合検出部が、前記第１の設定周波数領域若しくは前記第２の設定周波数領域に前記パワースペクトル密度（ＰＳＤ）が出現した後に、前記第１の設定周波数領域若しくは前記第１の設定周波数領域と前記第２の設定周波数領域に前記パワースペクトル密度（ＰＳＤ）が所定の覚醒状態維持時間の間に出現しないことを認識した場合に、安定的な覚醒復帰状態として検出することを特徴とする。
前記構成では、覚醒状態維持時間にパワースペクトル密度が出現しないことの認識により、安定的な覚醒復帰状態を正確に検出することができる。従って、例えば自動車の運転者等の使用者に居眠りの前段階等から安定的な覚醒復帰状態になったことを報知し、運転者等に良好な状態であることを認識させることができる。
【０００９】
また、本発明の覚醒度合検出装置は、前記覚醒度合検出部が、前記第１の設定周波数領域若しくは前記第２の設定周波数領域に前記パワースペクトル密度（ＰＳＤ）が出現した後に、前記第１の設定周波数領域若しくは前記第１の設定周波数領域と前記第２の設定周波数領域に前記パワースペクトル密度（ＰＳＤ）が所定の覚醒状態維持時間の間に出現しないことを認識し、且つ０．００００１Ｈｚ以上０．０１Ｈｚの以下の周波数領域内に０．０００１Ｈｚ〜０．００１Ｈｚの所定周波数を含んで設定される第３の設定周波数領域に、前記パワースペクトル密度（ＰＳＤ）が前記覚醒状態維持時間の間の解析時間間隔毎に持続的に出現していることを認識した場合に、安定的な覚醒復帰状態として検出することを特徴とする。
前記構成では、覚醒状態維持時間にパワースペクトル密度が出現しないことの認識及び第３の設定周波数領域にパワースペクトル密度が持続的に出現することの認識により、安定的な覚醒復帰状態をより正確且つ確実に検出することができる。従って、例えば自動車の運転者等の使用者に居眠りの前段階等から安定的な覚醒復帰状態になったことを報知し、運転者等に良好な状態であることを認識させることができる。
【００１０】
また、本発明の覚醒度合検出装置は、前記覚醒度合検出部が、前記脈波同期パルス列（Ｐ−Ｐ）に対し、５秒以内の解析時間間隔毎にサンプリングデータ数４０９６Ｈｚ以上で採取して前記最大エントロピー法（ＭＥＭ）を適用することを特徴とする。
前記構成により、覚醒度合検出部が使用者の居眠りの前段階の状態や入眠状態を漏らすことなく、入眠予測状態や入眠状態を非常に確実に検出することができる。また、サンプリング周波数を４０９６Ｈｚ以上とすることによって、ペースメーカーを埋め込んでいる人の場合もＰ−Ｐの揺らぎを正確に識別することができる。
【００１１】
また、本発明の覚醒度合検出装置は、前記覚醒度合検出部の検出結果に基づいて所定の出力を行う出力部と、前記覚醒度合検出部の検出結果に基づいて前記出力部の出力を制御する出力制御部とを備え、前記覚醒度合検出部が前記入眠予測状態を検出した場合に、前記出力制御部の制御により、前記出力部から覚醒作用を有する第１の出力を行い、前記覚醒度合検出部が前記入眠状態を検出した場合に、前記出力制御部の制御により、前記出力部から前記第１の出力よりも覚醒作用の大きい第２の出力を行うことを特徴とする。
前記構成により、居眠りの前段階の使用者に対して適度な覚醒作用を有する出力を行い、入眠状態の使用者に対して強い覚醒作用を有する出力を行い、使用者の状態に適する出力で使用者を覚醒させることができる。
【００１２】
また、本発明の覚醒度合検出装置は、前記出力部を、スピーカ、使用者に光を照射する光照射部若しくは使用者の座席に設けられ使用者に振動を与える振動部とし、前記第１の出力を、音、照射光若しくは振動とし、前記第２の出力を、前記第１の出力より覚醒作用の大きい音、照射光若しくは振動とすることを特徴とする。
前記構成では、使用者に音、照射光、振動を与えて使用者の覚醒を促すことができると共に、使用者の状態に適する音、照射光、振動で使用者を覚醒させることができる。
【００１３】
また、本発明の覚醒度合検出装置は、前記覚醒度合検出部が前記安定的な覚醒復帰状態を検出した場合に、前記出力制御部の制御により、前記出力部から安定的な覚醒復帰を意味する第３の出力を行うことを特徴とする。
前記構成により、例えば自動車の運転者等の使用者に居眠りの前段階の状態等から安定的な覚醒復帰状態になったことを報知し、運転者等の使用者に良好な状態であることを認識させることができる。
【００１４】
また、本発明の覚醒度合検出装置は、前記センサ部が、使用者の拡張期血圧値に略対応して内圧を６５ｍｍＨｇ〜７０ｍｍＨｇに設定され、使用者の頸に装着される空気容積体と、前記空気容積体に設けられ、使用者の頚動脈の拍動を検知可能な拍動検知センサとから構成されることを特徴とする。
前記構成では、使用者の頸に装着する空気容積体の拍動検知センサにより、使用者の拍動を正確に検出することができる。また、脳に近い頚動脈の拍動は脳機能に直結した脳血流情報であるから、頚動脈の拍動を分析することにより覚醒状態の検出において非常に正確な情報を得ることができる。また、例えば心電図Ｒ−Ｒ波の情報等は心臓の拍出血流の微妙な変化（心房細動など）ないしは拍出血流のない不整脈（心室性期外収縮など）を含んでいるのに対して、また、不整脈でペースメーカーを埋め込んでいる人ではＲ−Ｒの揺らぎが見えなくなっているのに対して、血流脈波Ｐ−Ｐで、脳機能に直結した頸動脈の血流信号を用いることにより、脈波が欠落したり、脈波の規則性が不十分な不整脈の使用者にも対応でき、脈波の規則の揺らぎを正確に計測することができる。
【００１５】
また、本発明の覚醒度合検出装置は、前記センサ部が、使用者から離間して設けられ、使用者の頚動脈に対して光若しくは超音波を照射して使用者の頚動脈の拍動を検知可能な拍動検知センサから構成されることを特徴とする。
前記構成では、センサ部を使用者から離間した状態で使用者の拍動を検出することができる。また、脳に近い頚動脈の拍動は脳機能に直結した脳血流情報であるから、頚動脈の拍動を分析することにより覚醒状態の検出において非常に正確な情報を得ることができる。また、例えば心電図Ｒ−Ｒ波の情報等は心臓の拍出血流の微妙な変化（心房細動など）ないしは拍出血流のない不整脈（心室性期外収縮など）を含んでいるのに対して、また、不整脈でペースメーカーを埋め込んでいる人ではＲ−Ｒの揺らぎが見えなくなっているのに対して、血流脈波Ｐ−Ｐで、脳機能に直結した頸動脈の血流信号を用いることにより、脈波が欠落したり、脈波の規則性が不十分な不整脈の使用者にも対応でき、脈波の規則の揺らぎを正確に計測することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の覚醒度合検出装置は、使用者が落ち着いて冷静な覚醒状態にある場合と居眠りの前段階にある場合とを明確に区別して、居眠りの前段階の状態を正確に検出することができる。従って、例えば居眠りの前段階の状態検出を利用して自動車の運転者等の使用者の覚醒を促す場合に、使用者が確実に居眠りの前段階の状態にある時に使用者の覚醒を促すことができ、居眠りの前段階の状態にない使用者に覚醒を促して煩わしさを感じさせることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態の覚醒度合検出装置の構成を示すブロック図。
【図２】センサ部の構成を示す平面図。
【図３】実施形態の覚醒度合検出装置の処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
〔実施形態の覚醒度合検出装置〕
本発明の実施形態の覚醒度合検出装置について説明する。実施形態の覚醒度合検出装置１は、図１に示すように、使用者の動脈血管の拍動を検知するセンサ部２と、ＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭ等の記憶部等で構成され、記憶部に設定されている制御プログラムに従って所定の処理動作を行う中央処理部３と、起動スイッチの開閉や操作入力等の入力をするための入力部４と、所定の出力を行う出力部５とを備える。中央処理部３は、センサ部２から入力される検知情報に所定の処理を施して使用者の覚醒状態を検出する覚醒度合検出部６と、覚醒度合検出部６の検出結果に基づいて出力部５の出力を制御する出力制御部７とを有し、出力制御部７の制御により、出力部５は覚醒度合検出部３の検出結果に基づいて所定の出力を行うようになっている。
【００１９】
センサ部２は、図２に示すように、使用者の頸に装着される環状の空気容積体２１と、空気容積体２１に設けられる拍動検知センサ２２とから構成される。空気容積体２１は、平面視半円状で中空部材である本体２１１を一対有し、本体２１１内にはそれぞれ空気が充填されて、その内圧は使用者の拡張期血圧値に略対応して６５ｍｍＨｇ〜７０ｍｍＨｇに設定されている。本体２１１の端部にはフック状の係止部と環状の被係止部が設けられ、この係止部と被係止部とで構成される留め具２１２で本体２１１・２１１の両端をそれぞれ留めることにより、空気容積体２１は環状に構成されている。本体２１１の略中央の内面には、使用者の頚動脈の位置に対応して、例えば歪みセンサである拍動検知センサ２２が貼付等で設けられており、拍動検知センサ２２は使用者の頚動脈の拍動を検知可能である。拍動検知センサ２２は図示省略するケーブルを介して中央処理部３に接続されており、中央処理部３を介した入力部４からの入力で起動、起動停止するようになっている。
【００２０】
中央処理部３の覚醒度合検出部６は、所定制御プログラムに従って動作するＣＰＵや所要データを記憶する記憶部等から構成され、センサ部２の検知する拍動から脈波を取得する脈波取得部６１と、この脈波から脈波同期パルス列（Ｐ−Ｐ）を生成するパルス列生成部６２と、この脈波同期パルス列（Ｐ−Ｐ）に最大エントロピー法（ＭＥＭ）を適用して脈波同期パルス列（Ｐ−Ｐ）の揺らぎであるパワースペクトル密度（ＰＳＤ）を取得するＰＳＤ取得部６３と、このパワースペクトル密度（ＰＳＤ）から居眠りの前段階である入眠予測状態、居眠りの状態である入眠状態或いは覚醒状態の覚醒度合を判定して検出する覚醒度合判定部６４とから構成される。
【００２１】
ＰＳＤ取得部６３は、脈波同期パルス列（Ｐ−Ｐ）に対し、所定の解析時間間隔毎にサンプリングデータ数４０９６以上でＡ／Ｄ変換し、デジタル変換して採取したサンプリングデータに対して最大エントロピー法（ＭＥＭ）を適用してパワースペクトル密度（ＰＳＤ）を取得し、その後の覚醒度合判定部６４も前記所定の解析時間間隔毎に検出処理を行うようになっている。前記所定の解析時間間隔は、好適には５秒以内、より好適には１秒〜３秒、更に好適には１．５秒から２．５秒程度とすると良く、本例では２秒とする。
【００２２】
覚醒度合判定部６４は、０．０１Ｈｚ以上１．０Ｈｚ以下の周波数領域内に０．１Ｈｚ〜０．８Ｈｚの周波数領域を含んで設定される第１の設定周波数領域、好適には０．０５Ｈｚ〜０．８Ｈｚで設定される第１の設定周波数領域に、パワースペクトル密度（ＰＳＤ）が異なる周波数で複数出現したことを認識した場合に、入眠が予測される状態として検出する。また、覚醒度合判定部６４は、第１の設定周波数領域にパワースペクトル密度が異なる周波数で複数出現したことを認識した後に、０．１５Ｈｚ以上０．８Ｈｚ以下の周波数領域内に０．２Ｈｚ、０．３Ｈｚ若しくは０．２Ｈｚと０．３Ｈｚとの間の所定周波数を含んで設定される第２の設定周波数領域、好適には０．１８Ｈｚ〜０．３２Ｈｚで設定される第２の設定周波数領域に、パワースペクトル密度（ＰＳＤ）が複数出現したことを認識した場合に、入眠状態として検出する。第１の設定周波数領域、第２の設定周波数領域で出現を認識するパワースペクトル密度（ＰＳＤ）の強度は０超であれば適宜であるが、例えば第２の設定周波数領域で出現を認識するパワースペクトル密度（ＰＳＤ）は、１ｍｓ２／Ｈｚ以上の強度を有するものとすると好適である。
【００２３】
また、覚醒度合判定部６４は、第１の設定周波数領域若しくは第２の設定周波数領域にパワースペクトル密度（ＰＳＤ）が出現した後に、第１の設定周波数領域と第２の設定周波数領域とにパワースペクトル密度（ＰＳＤ）が所定の覚醒状態維持時間の間に出現しないことを認識した場合に、安定的な覚醒復帰状態として検出する。前記覚醒状態維持時間の長さは、安定的な覚醒復帰状態と判断できるものであれば適宜であるが、例えば５秒〜２０秒程度の時間とすると好適である。
【００２４】
出力制御部７は、覚醒度合判定部６４が入眠予測状態を検出した場合に、出力部５から覚醒作用を有する第１の出力を行うように出力部５を制御し、覚醒度合判定部６４が入眠状態を検出した場合に、出力部５から第１の出力よりも覚醒作用の大きい第２の出力を行うように出力部５を制御し、覚醒度合判定部６４が安定的な覚醒復帰状態を検出した場合に、出力部５から安定的な覚醒復帰を意味する第３の出力を行うように出力部５を制御する。
【００２５】
出力部５は、例えばスピーカとし、第１の出力を音楽或いは音声等の音、第２の出力を第１の出力より音量が大きい或いは周波数が大きい等の覚醒作用の大きい音、第３の出力を安定的な覚醒復帰を意味する音楽或いは音声等の音とすると良好である。出力部５をスピーカとし、覚醒度合検出装置１を車両に設ける場合には、車両の内蔵スピーカを出力部５として用いる構成とすると好適である。
【００２６】
次に、実施形態の覚醒度合検出装置１による使用者の覚醒状態の検出処理について説明する。図３は実施形態の覚醒度合検出装置の処理を示すフローチャートである。
【００２７】
先ず、使用者は、センサ部２の空気容積体２１を頸の周りに装着し、拍動検知センサ２２が頚動脈に位置するようにセンサ部２を設ける。そして、入力部４からの入力で中央処理部３、センサ部２、出力部５を起動し、センサ部２の拍動検知センサ２２で使用者の頚動脈の拍動を検知する（Ｓ１０１）。検知された拍動は中央処理部３の覚醒度合検出部６に入力される。
【００２８】
覚醒度合検出部６の脈波取得部６１は、入力された使用者の頚動脈の拍動から脈波を取得する（Ｓ１０２）。そして、パルス列生成部６２は、この脈波から脈波同期パルス列（Ｐ−Ｐ）を生成する（Ｓ１０３）。この頚動脈の拍動から脈波同期パルス列（Ｐ−Ｐ）を取得するパルス列生成部６２は、例えばＶ−Ｆ変換回路又は２次微分回路であり、頚動脈の拍動に対してＶ−Ｆ変換操作又は二次微分操作によって脈波同期パルス列（Ｐ−Ｐ）を取得する。
【００２９】
次いで、ＰＳＤ取得部６３は、この脈波同期パルス列（Ｐ−Ｐ）に最大エントロピー法（ＭＥＭ）を適用して脈波同期パルス列（Ｐ−Ｐ）の揺らぎであるパワースペクトル密度（ＰＳＤ）を取得する（Ｓ１０４）。そして、覚醒度合判定部６４が、第１の設定周波数領域にパワースペクトル密度（ＰＳＤ）が異なる周波数で複数出現したか否かを判定し（Ｓ１０５）、パワースペクトル密度（ＰＳＤ）が異なる周波数で複数出現したことを認識した場合に、入眠が予測される状態として検出する（Ｓ１０６）。前記異なる周波数で出現するパワースペクトル密度の個数は複数個であれば適宜であるが、異なる周波数で５個以上、好ましくは１０個以上とすると良好である。そして、入眠予測状態の検出に応じて、出力制御部７は出力部５を制御し、出力部５から覚醒作用を有する第１の出力を行う（Ｓ１０７）。
【００３０】
また、覚醒度合判定部６４は、第１の設定周波数領域にパワースペクトル密度が異なる周波数で複数出現したことを認識した後に、これに続いて第２の設定周波数領域にパワースペクトル密度（ＰＳＤ）が複数出現したか否かを判定し（Ｓ１０８）、パワースペクトル密度（ＰＳＤ）が複数出現したことを認識した場合に、入眠状態として検出する（Ｓ１０９）。そして、入眠状態の検出に応じて、出力制御部７は出力部５を制御し、出力部５から第１の出力よりも覚醒作用の大きい第２の出力を行う（Ｓ１１０）。
【００３１】
また、覚醒度合判定部６４は、第１の設定周波数領域若しくは第２の設定周波数領域にパワースペクトル密度（ＰＳＤ）が出現した後に、図示省略するタイマーで時間を計測して、第１の設定周波数領域と第２の設定周波数領域とにパワースペクトル密度（ＰＳＤ）が所定の覚醒状態維持時間の間に出現しないか否かを判定し（Ｓ１１１）、第１の設定周波数領域と第２の設定周波数領域とにパワースペクトル密度（ＰＳＤ）が所定の覚醒状態維持時間の間に出現しないことを認識した場合に、安定的な覚醒復帰状態として検出する（Ｓ１１２）。そして、安定的な覚醒復帰状態の検出に応じて、出力制御部７は出力部５を制御し、出力部５から安定的な覚醒復帰を意味する第３の出力を行う（Ｓ１１３）。
【００３２】
第１実施形態の覚醒度合検出装置１は、第１の設定周波数領域にパワースペクトル密度が異なる周波数で複数出現したことの認識により、居眠りの前段階の状態を正確に検出することができると共に、第２の設定周波数領域にパワースペクトル密度が複数出現したことの認識により、居眠り状態を正確に検出することができる。従って、居眠りの前段階の使用者の覚醒を促し、居眠り運転の防止等を図ることができ、更には、例えば居眠りの前段階の使用者と入眠状態の使用者の覚醒を促す場合に、前者については比較的弱く、後者については強い出力で覚醒を促し、使用者の状態に適する覚醒の促しを行うことができる。また、覚醒状態維持時間にパワースペクトル密度が出現しないことの認識により、安定的な覚醒復帰状態を正確に検出することができ、例えば自動車の運転者等に安定的な覚醒復帰状態になったことを報知し、良好な状態であることを認識させることができる。
【００３３】
また、覚醒度合検出部６が、脈波同期パルス列（Ｐ−Ｐ）に対し、５秒以内の解析時間間隔毎にサンプリングデータ数４０９６Ｈｚ以上で採取して前記最大エントロピー法（ＭＥＭ）を適用する場合には、使用者の居眠りの前段階の状態や入眠状態を漏らすことなく、入眠予測状態や入眠状態を非常に確実に検出することができる。また、使用者の頸に装着され、使用者の拡張期血圧値に略対応して内圧を設定されている空気容積体と拍動検知センサにより、使用者の頚動脈の拍動を正確に検出することができる。また、脳に近い頚動脈の拍動は脳機能に直結した脳血流情報であるから、頚動脈の拍動を分析することにより覚醒状態の検出において非常に正確な情報を得ることができる。また、例えば心電図Ｒ−Ｒ波の情報等は心臓の拍出血流の微妙な変化（心房細動など）ないしは拍出血流のない不整脈（心室性期外収縮など）を含んでいるのに対して、また、不整脈でペースメーカーを埋め込んでいる人ではＲ−Ｒの揺らぎが見えなくなっているのに対して、血流脈波Ｐ−Ｐで、脳機能に直結した頸動脈の血流信号を用いることにより、脈波が欠落したり、脈波の規則性が不十分な不整脈の使用者にも対応でき、脈波の規則の揺らぎを正確に計測することができる。
【００３４】
〔実施形態の変形例等〕
本明細書開示の発明には、各発明や実施形態等の構成の他に、これらの部分的な構成を本明細書開示の他の構成に変更して特定したもの、或いはこれらの構成に本明細書開示の他の構成を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な構成を部分的な作用効果が得られる限度で削除して特定した上位概念化したものも含まれ、下記のような変形例も包含される。
【００３５】
例えばセンサ部２は、上記実施形態の構成にも使用者の動脈血管の拍動を検知可能な構成であれば適宜であり、例えば使用者の頚動脈に対して光若しくは超音波を照射して使用者の頚動脈の拍動を検知可能な拍動検知センサを、車両のピラーに設置する等により使用者から離間して設けるようにしてもよい。前記構成により、センサ部２を使用者から離間した状態で、脳機能に直結した頚動脈の拍動を検知することが可能となり、覚醒状態の検出において非常に正確な情報を得ることができる。尚、本発明に於ける拍動検知センサ２２、或いはセンサ部２に用いる拍動検知センサには、歪みセンサ、加速度センサ、光センサ、インピーダンスセンサ等を適宜用いることが可能である。また、センサ部２は、使用者の腕、手首若しくは耳に空気容積体２１を巻いて装着する等により、これらの各部の動脈血管の拍動を検出する構成とすることも可能である。また、センサ部２を、使用者の異なる２部位に取り付けられて各部位で動脈の拍動を検知するものとし、覚醒度合検出部６が、一方の部位の拍動と他方の部位の拍動との時間差を測定し、前記２部位間の距離を前記時間差で割って脈波伝搬速度を取得する構成としてもよい。
【００３６】
また、覚醒度合検出部６である覚醒度合判定部６４が、使用者の安定的な覚醒復帰状態を検出する際に、上述の第１の設定周波数領域若しくは第２の設定周波数領域にパワースペクトル密度（ＰＳＤ）が出現した後に、第１の設定周波数領域と第２の設定周波数領域とにパワースペクトル密度（ＰＳＤ）が所定の覚醒状態維持時間の間に出現しないことの認識に加え、０．００００１Ｈｚ以上０．０１Ｈｚの以下の周波数領域内に０．０００１Ｈｚ〜０．００１Ｈｚの所定周波数を含んで設定される第３の設定周波数領域、好適には０．０００１Ｈｚ〜０．００３Ｈｚで設定される第３の設定周波数領域に、パワースペクトル密度（ＰＳＤ）が覚醒状態維持時間の間の解析時間間隔毎に持続的に出現していることを認識した場合に、安定的な覚醒復帰状態として検出すると、より正確且つ確実に覚醒復帰状態を検出することができて好適である。
【００３７】
また、出力部５は、スピーカ以外にも、使用者に向けて直接的若しくは間接的に光を照射する光照射部、或いは使用者の座席に設けられ、使用者に振動を与える振動部等、或いはスピーカ、光照射部、振動部等の少なくとも２つの組み合わせとすることも可能である。出力部５を光照射部とする場合、第１の出力を照射光、第２の出力を第１の出力より光量の大きい覚醒作用の大きな照射光、第３の出力を安定的な覚醒復帰を意味する点滅光などの照射光とすると良好である。また、出力部５を振動部とする場合、第１の出力を使用者のお尻若しくは背中等に与える振動とし、第２の出力を振幅が大きい等の振動エネルギーが大きく覚醒作用の大きな振動とし、第３の出力を安定的な覚醒復帰を意味するパターン化された小さな振動とすると良好である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、例えば自動車を運転する運転者の居眠りが予測される前段階の状態を検出し、運転者の覚醒を促す場合に利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…覚醒度合検出装置 ２…センサ部 ２１…空気容積体 ２１１…本体 ２１２…留め具 ２２…拍動検知センサ ３…中央処理部 ４…入力部 ５…出力部 ６…覚醒度合検出部 ６１…脈波取得部 ６２…パルス列生成部 ６３…ＰＳＤ取得部 ６４…覚醒度合判定部 ７…出力制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者の動脈血管の拍動を検知するセンサ部と、
前記拍動から脈波を取得し、前記取得した脈波から脈波同期パルス列を生成し、前記生成した脈波同期パルス列から最大エントロピー法を適用して前記脈波同期パルス列の揺らぎであるパワースペクトル密度を取得し、０．０１Ｈｚ以上１．０Ｈｚ以下の周波数領域内に０．１Ｈｚ〜０．８Ｈｚの周波数領域を含んで設定される第１の設定周波数領域に、前記パワースペクトル密度が異なる周波数で複数出現したことを認識した場合に、入眠が予測される状態として検出する覚醒度合検出部と、
を備えることを特徴とする覚醒度合検出装置。
【請求項２】
前記覚醒度合検出部が、前記第１の設定周波数領域に前記パワースペクトル密度が異なる周波数で複数出現したことを認識した後に、０．１５Ｈｚ以上０．８Ｈｚ以下の周波数領域内に０．２Ｈｚ、０．３Ｈｚ若しくは０．２Ｈｚと０．３Ｈｚとの間の所定周波数を含んで設定される第２の設定周波数領域に、前記パワースペクトル密度が複数出現したことを認識した場合に、入眠状態として検出することを特徴とする請求項１記載の覚醒度合検出装置。
【請求項３】
前記覚醒度合検出部が、前記第１の設定周波数領域若しくは前記第２の設定周波数領域に前記パワースペクトル密度が出現した後に、前記第１の設定周波数領域若しくは前記第１の設定周波数領域と前記第２の設定周波数領域に前記パワースペクトル密度が所定の覚醒状態維持時間の間に出現しないことを認識した場合に、安定的な覚醒復帰状態として検出することを特徴とする請求項１又は２記載の覚醒度合検出装置。
【請求項４】
前記覚醒度合検出部が、前記第１の設定周波数領域若しくは前記第２の設定周波数領域に前記パワースペクトル密度が出現した後に、前記第１の設定周波数領域若しくは前記第１の設定周波数領域と前記第２の設定周波数領域に前記パワースペクトル密度が所定の覚醒状態維持時間の間に出現しないことを認識し、且つ０．００００１Ｈｚ以上０．０１Ｈｚの以下の周波数領域内に０．０００１Ｈｚ〜０．００１Ｈｚの所定周波数を含んで設定される第３の設定周波数領域に、前記パワースペクトル密度が前記覚醒状態維持時間の間の解析時間間隔毎に持続的に出現していることを認識した場合に、安定的な覚醒復帰状態として検出することを特徴とする請求項１又は２記載の覚醒度合検出装置。
【請求項５】
前記覚醒度合検出部が、前記脈波同期パルス列に対し、５秒以内の解析時間間隔毎にサンプリングデータ数４０９６Ｈｚ以上で採取して前記最大エントロピー法を適用することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の覚醒度合検出装置。
【請求項６】
前記覚醒度合検出部の検出結果に基づいて所定の出力を行う出力部と、
前記覚醒度合検出部の検出結果に基づいて前記出力部の出力を制御する出力制御部とを備え、
前記覚醒度合検出部が前記入眠予測状態を検出した場合に、前記出力制御部の制御により、前記出力部から覚醒作用を有する第１の出力を行い、
前記覚醒度合検出部が前記入眠状態を検出した場合に、前記出力制御部の制御により、前記出力部から前記第１の出力よりも覚醒作用の大きい第２の出力を行うことを特徴とする請求項２〜５の何れかに記載の覚醒度合検出装置。
【請求項７】
前記出力部を、スピーカ、使用者に光を照射する光照射部若しくは使用者の座席に設けられ使用者に振動を与える振動部とし、
前記第１の出力を、音、照射光若しくは振動とし、
前記第２の出力を、前記第１の出力より覚醒作用の大きい音、照射光若しくは振動とすることを特徴とする請求項６記載の覚醒度合検出装置。
【請求項８】
前記覚醒度合検出部が前記安定的な覚醒復帰状態を検出した場合に、前記出力制御部の制御により、前記出力部から安定的な覚醒復帰を意味する第３の出力を行うことを特徴とする請求項６又は７記載の覚醒度合検出装置。
【請求項９】
前記センサ部が、
使用者の拡張期血圧値に略対応して内圧を６５ｍｍＨｇ〜７０ｍｍＨｇに設定され、使用者の頸に装着される空気容積体と、
前記空気容積体に設けられ、使用者の頚動脈の拍動を検知可能な拍動検知センサと、
から構成されることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の覚醒度合検出装置。
【請求項１０】
前記センサ部が、
使用者から離間して設けられ、使用者の頚動脈に対して光若しくは超音波を照射して使用者の頚動脈の拍動を検知可能な拍動検知センサから構成されることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の覚醒度合検出装置。
【請求項１】
使用者の動脈血管の拍動を検知するセンサ部と、
前記拍動から脈波を取得し、前記取得した脈波から脈波同期パルス列を生成し、前記生成した脈波同期パルス列から最大エントロピー法を適用して前記脈波同期パルス列の揺らぎであるパワースペクトル密度を取得し、０．０１Ｈｚ以上１．０Ｈｚ以下の周波数領域内に０．１Ｈｚ〜０．８Ｈｚの周波数領域を含んで設定される第１の設定周波数領域に、前記パワースペクトル密度が異なる周波数で複数出現したことを認識した場合に、入眠が予測される状態として検出する覚醒度合検出部と、
を備えることを特徴とする覚醒度合検出装置。
【請求項２】
前記覚醒度合検出部が、前記第１の設定周波数領域に前記パワースペクトル密度が異なる周波数で複数出現したことを認識した後に、０．１５Ｈｚ以上０．８Ｈｚ以下の周波数領域内に０．２Ｈｚ、０．３Ｈｚ若しくは０．２Ｈｚと０．３Ｈｚとの間の所定周波数を含んで設定される第２の設定周波数領域に、前記パワースペクトル密度が複数出現したことを認識した場合に、入眠状態として検出することを特徴とする請求項１記載の覚醒度合検出装置。
【請求項３】
前記覚醒度合検出部が、前記第１の設定周波数領域若しくは前記第２の設定周波数領域に前記パワースペクトル密度が出現した後に、前記第１の設定周波数領域若しくは前記第１の設定周波数領域と前記第２の設定周波数領域に前記パワースペクトル密度が所定の覚醒状態維持時間の間に出現しないことを認識した場合に、安定的な覚醒復帰状態として検出することを特徴とする請求項１又は２記載の覚醒度合検出装置。
【請求項４】
前記覚醒度合検出部が、前記第１の設定周波数領域若しくは前記第２の設定周波数領域に前記パワースペクトル密度が出現した後に、前記第１の設定周波数領域若しくは前記第１の設定周波数領域と前記第２の設定周波数領域に前記パワースペクトル密度が所定の覚醒状態維持時間の間に出現しないことを認識し、且つ０．００００１Ｈｚ以上０．０１Ｈｚの以下の周波数領域内に０．０００１Ｈｚ〜０．００１Ｈｚの所定周波数を含んで設定される第３の設定周波数領域に、前記パワースペクトル密度が前記覚醒状態維持時間の間の解析時間間隔毎に持続的に出現していることを認識した場合に、安定的な覚醒復帰状態として検出することを特徴とする請求項１又は２記載の覚醒度合検出装置。
【請求項５】
前記覚醒度合検出部が、前記脈波同期パルス列に対し、５秒以内の解析時間間隔毎にサンプリングデータ数４０９６Ｈｚ以上で採取して前記最大エントロピー法を適用することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の覚醒度合検出装置。
【請求項６】
前記覚醒度合検出部の検出結果に基づいて所定の出力を行う出力部と、
前記覚醒度合検出部の検出結果に基づいて前記出力部の出力を制御する出力制御部とを備え、
前記覚醒度合検出部が前記入眠予測状態を検出した場合に、前記出力制御部の制御により、前記出力部から覚醒作用を有する第１の出力を行い、
前記覚醒度合検出部が前記入眠状態を検出した場合に、前記出力制御部の制御により、前記出力部から前記第１の出力よりも覚醒作用の大きい第２の出力を行うことを特徴とする請求項２〜５の何れかに記載の覚醒度合検出装置。
【請求項７】
前記出力部を、スピーカ、使用者に光を照射する光照射部若しくは使用者の座席に設けられ使用者に振動を与える振動部とし、
前記第１の出力を、音、照射光若しくは振動とし、
前記第２の出力を、前記第１の出力より覚醒作用の大きい音、照射光若しくは振動とすることを特徴とする請求項６記載の覚醒度合検出装置。
【請求項８】
前記覚醒度合検出部が前記安定的な覚醒復帰状態を検出した場合に、前記出力制御部の制御により、前記出力部から安定的な覚醒復帰を意味する第３の出力を行うことを特徴とする請求項６又は７記載の覚醒度合検出装置。
【請求項９】
前記センサ部が、
使用者の拡張期血圧値に略対応して内圧を６５ｍｍＨｇ〜７０ｍｍＨｇに設定され、使用者の頸に装着される空気容積体と、
前記空気容積体に設けられ、使用者の頚動脈の拍動を検知可能な拍動検知センサと、
から構成されることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の覚醒度合検出装置。
【請求項１０】
前記センサ部が、
使用者から離間して設けられ、使用者の頚動脈に対して光若しくは超音波を照射して使用者の頚動脈の拍動を検知可能な拍動検知センサから構成されることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の覚醒度合検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２４６５６（Ｐ２０１１−２４６５６Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７０９００（Ｐ２００９−１７０９００）
【出願日】平成２１年７月２２日（２００９．７．２２）
【出願人】（５０９２０７３０２）株式会社最新松本技研 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２２日（２００９．７．２２）
【出願人】（５０９２０７３０２）株式会社最新松本技研 (1)
【Ｆターム（参考）】
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