覚醒維持装置
【課題】眠気を催す対象者に適切な覚醒刺激を付加することで対象者を覚醒状態に効果的に維持することが可能な覚醒維持装置を提供する。
【解決手段】対象者である運転者Ｄが眠気を催すと、エアバッグ３が膨張して運転者Ｄの脊柱起立筋に圧覚刺激の覚醒刺激を付加し、生理計測装置８が脊柱起立筋の活動状態を示すパラメータとしての筋電位を計測し、計測された筋電位に基づいて覚醒維持ＥＣＵ１１がエアバッグ３により脊柱起立筋に付加される圧覚覚醒刺激の強度を運転者Ｄの脳細胞の活動を活発化させる適切な強度に制御する。加えて、振動体７が脊柱起立筋に振動刺激を付加する。その結果、眠気を催した運転者Ｄが効果的に覚醒状態に維持される。
【解決手段】対象者である運転者Ｄが眠気を催すと、エアバッグ３が膨張して運転者Ｄの脊柱起立筋に圧覚刺激の覚醒刺激を付加し、生理計測装置８が脊柱起立筋の活動状態を示すパラメータとしての筋電位を計測し、計測された筋電位に基づいて覚醒維持ＥＣＵ１１がエアバッグ３により脊柱起立筋に付加される圧覚覚醒刺激の強度を運転者Ｄの脳細胞の活動を活発化させる適切な強度に制御する。加えて、振動体７が脊柱起立筋に振動刺激を付加する。その結果、眠気を催した運転者Ｄが効果的に覚醒状態に維持される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、眠気を催す対象者に覚醒刺激を与えることで対象者を覚醒状態に維持する覚醒維持装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、眠気を催した人に覚醒刺激を与える装置が一般に知られている（例えば特許文献１、２参照）。ここで、特許文献１には、運転席のシートバックを傾動させ、運転者に圧覚を刺激するズレ力を発生させて運転者を覚醒状態に復帰させる装置が記載されている。また、特許文献２には、運転者の意識低下の度合い応じた覚醒刺激として、眠気度の深さに応じた音量の警報音を与える装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３４４６１３号公報
【特許文献２】特開平８−１４７５８４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に記載された装置は、運転席のシートバックを傾動させて運転者の圧覚を刺激するものであるため、運転者に適切な強度の覚醒刺激を与えることが難しい。一方、特許文献２に記載された装置は、警報音を覚醒刺激としているため、運転者の覚醒状態を効果的に維持するには難点がある。
【０００５】
そこで、本発明は、眠気を催す対象者に適切な覚醒刺激を付加することで対象者を覚醒状態に効果的に維持することが可能な覚醒維持装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る覚醒維持装置は、眠気を催す対象者の骨格筋に覚醒刺激を付加して対象者を覚醒状態に維持する覚醒維持装置であって、対象者の骨格筋に覚醒刺激を付加する覚醒刺激付加手段と、覚醒刺激付加手段により覚醒刺激が付加された対象者の骨格筋の活動状態を示すパラメータを取得するパラメータ取得手段と、パラメータ取得手段により取得されたパラメータに基づき、刺激付加手段により対象者の骨格筋に付加される覚醒刺激の強度を所定の強度に制御する刺激強度制御手段とを備えて構成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る覚醒維持装置では、対象者が眠気を催すと、覚醒刺激付加手段が対象者の骨格筋に覚醒刺激を付加し、パラメータ取得手段が対象者の骨格筋の活動状態を示すパラメータを取得し、取得されたパラメータに基づいて刺激強度制御手段が対象者の骨格筋に付加される覚醒刺激の強度を所定の強度に制御する。そして、この覚醒刺激の強度が対象者の脳細胞の活動を活発化させる適切な強度に制御されることで、対象者が効果的に覚醒状態に維持される。
【０００８】
ここで、本発明に係る覚醒維持装置は、刺激強度制御手段により所定の強度に制御された覚醒刺激に加えて対象者の骨格筋に振動刺激を付加する振動刺激付加手段を備えた構成とすることができる。この場合、対象者の骨格筋には所定の強度に制御された覚醒刺激に加えて振動刺激が付加されるため、対象者の覚醒刺激に対する慣れによる神経活動量の低下が抑制され、覚醒刺激の効果の持続時間が長くなる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る覚醒維持装置では、対象者が眠気を催すと、覚醒刺激付加手段が対象者の骨格筋に覚醒刺激を付加し、パラメータ取得手段が対象者の骨格筋の活動状態を示すパラメータを取得し、取得されたパラメータに基づいて刺激強度制御手段が対象者の骨格筋に付加される覚醒刺激の強度を所定の強度に制御する。従って、本発明によれば、覚醒刺激の強度を対象者の脳細胞の活動を活発化させる適切な強度に制御することで、対象者を効果的に覚醒状態に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る覚醒維持装置の構成をその対象者となる車両の運転者と共に模式的に示す運転席近傍の側面図である。
【図２】同覚醒維持装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図３】骨格筋の筋電位と太さとの相関関係を示す模式図である。
【図４】図２に示した覚醒維持ＥＣＵが実行する処理の手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】骨格筋の筋力と神経電気パルス密度との相関関係を示すグラフである。
【図６】筋紡錘が圧覚刺激のみを受けた場合と、圧覚刺激に加えて振動刺激を受けた場合とを比較して説明した神経電気パルス密度の時間変化を示すグラフである。
【図７】覚醒刺激付加手段の変形例を示す図１に対応した側面図である。
【図８】振動刺激付加手段の変形例を示す図１に対応した側面図である。
【図９】パラメータ取得手段の変形例を示す図１に対応した側面図である。
【図１０】覚醒刺激付加手段の他の変形例を示す図１に対応した側面図である。
【図１１】図１０に示した覚醒刺激付加手段の変形例を示す図１０に対応した側面図である。
【図１２】図１０に示したパラメータ取得手段の変形例を示す図１０に対応した側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明に係る覚醒維持装置の実施形態を説明する。一実施形態に係る覚醒維持装置は、例えば図１に示す運転席シート１に着座した車両の運転者Ｄを対象者として、眠気を催す運転者Ｄの骨格筋に覚醒刺激を付加して運転者Ｄを覚醒状態に維持する装置である。この覚醒維持装置は、以下に説明する運転者固定手段、覚醒刺激付加手段、振動刺激付加手段、パラメータ取得手段および刺激強度制御手段を備えており、具体的には図１および図２に示すような構成を備えている。
【００１２】
運転者固定手段は、運転席シート１に着座した運転者Ｄの上半身をシートバック１Ａに押し付けて固定するものであり、運転席シート１に付設されたシートベルト装置２のショルダベルト２Ａと、このショルダベルト２Ａを巻き上げる巻上げモータ２Ｂとを備えている。この巻上げモータ１は、所要時に巻き上げ駆動されてショルダベルト２Ａを緊締させることで、運転者Ｄの上半身を運転席シート１のシートバック１Ａに押し付ける。
【００１３】
覚醒刺激付加手段は、運転者Ｄの腰部の骨格筋である脊柱起立筋に圧覚刺激の覚醒刺激（以後、圧覚覚醒刺激ということがある。）を付加する手段である。この覚醒刺激付加手段は、運転者Ｄの腰部を圧迫するようにシートバック１Ａの下部に埋設されたエアバッグ３と、このエアバッグ３とコンプレッサ４との間の空気流路５を開閉する電磁弁６とを備えている。なお、この覚醒刺激付加手段は、エアバッグ３をウォータバッグに、コンプレッサ４をウォータポンプに、空気流路５を液体流路にそれぞれ変更して構成することも可能である。
【００１４】
振動刺激付加手段は、運転者Ｄの腰部の脊柱起立筋に振動刺激を付加する手段であり、例えばエアバッグ２の前部に固定された振動体７を備えている。この振動体７は、通電により例えば６０〜１００Ｈｚの振動数で加振制御されるように構成されている。
【００１５】
パラメータ取得手段は、覚醒刺激付加手段により覚醒刺激が付加された運転者Ｄの骨格筋の活動状態を示すパラメータを取得すると共に、運転者Ｄの骨格筋の最大筋力を示すパラメータを取得する。このパラメータ取得手段は、運転者Ｄの骨格筋の活動状態を示すパラメータを取得するための生理計測装置８と、運転者Ｄの骨格筋の最大筋力を示すパラメータを取得するための骨格筋率計測装置９と備えている。
【００１６】
生理計測装置８は、運転者Ｄの骨格筋の活動状態を示すパラメータとして、骨格筋の筋電位を計測する。この生理計測装置８は、運転者Ｄの体表に吸着される生理計測電極８Ａを有し、この生理計測電極８Ａを介して運転者Ｄの骨格筋の筋電位を計測する。なお、生理計測装置８は、単なる筋電位計であってもよいし、医療用テレメータや携帯型多用途生体アンプで構成されていてもよい。
【００１７】
ここで、人の骨格筋のうち、腰椎部の脊柱起立筋には赤筋が多く存在し、赤筋には筋紡錘が多く含まれている。この筋紡錘は、刺激を受けると神経電気パルスを脊椎から脳に向けて発射する張力受容器であり、筋紡錘が多く含まれた脊柱起立筋に覚醒刺激を付加すれば、脳細胞を効率的に活性化させて運転者Ｄを効果的に覚醒状態に維持可能である。
【００１８】
そこで、一実施形態においては、前述した覚醒刺激付加手段を構成するエアバッグ３が運転者Ｄの腰部を圧迫して脊柱起立筋に圧覚刺激の覚醒刺激を付加することを前提として、生理計測装置８の生理計測電極８Ａは、運転者Ｄの脊柱起立筋の筋電位を計測するように、運転者Ｄの腰部の体表に吸着される。
【００１９】
骨格筋率計測装置９は、運転者Ｄの骨格筋の最大筋力を示すパラメータとして、運転者Ｄの骨格筋率を計測する。この骨格筋率計測装置９は、運転者Ｄの両手で握られるようにステアリングホイール１０の左右部分に埋め込まれて配設された一対の計測電極９Ａを有する。
【００２０】
このような骨格筋率計測装置９は、一対の計測電極９Ａを介して運転者Ｄの身体に微弱電流を流した際の電気抵抗値を計測し、計測した電気抵抗値を運転者固有の基礎データと組み合わせて所定のアルゴリズムにより解析することにより、運転者Ｄの骨格筋率を計測する。なお、骨格筋率計測装置９には、運転者固有の基礎データとして、身長、体重、年齢、性別などのデータが予め登録されている。
【００２１】
刺激強度制御手段は、パラメータ取得手段により取得されたパラメータに基づき、覚醒刺激付加手段を構成するエアバッグ３により運転者Ｄの脊柱起立筋に付加される圧覚覚醒刺激の強度を所定の強度、すなわち、運転者Ｄを覚醒状態に効果的に維持することのできる所定の強度に制御する手段であり、具体的には、覚醒維持ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１１により構成される。
【００２２】
覚醒維持ＥＣＵ１１は、入出力インターフェースＩ／Ｏ、Ａ／Ｄコンバータ、プログラムおよびデータを記憶したＲＯＭ(Read Only Memory)、入力データ等を一時記憶するＲＡＭ(Random Access Memory)、プログラムを実行するＣＰＵ(Central Processing Unit)等をハードウェアとして備えたマイクロコンピュータで構成されており、そのハードウェアおよびソフトウェアを利用して刺激強度設定手段が構成されている。
【００２３】
覚醒維持ＥＣＵ１１には、運転者Ｄの脊柱起立筋の活動状態に対応した筋力を推定するために、生理計測装置８が計測した運転者Ｄの脊柱起立筋の筋電位の計測データが入力される。この筋電位の計測データが入力された覚醒維持ＥＣＵ１１は、骨格筋の筋電位と太さとの相関関係に基づいて運転者Ｄの脊柱起立筋の太さを推定し、推定した脊柱起立筋の太さと筋力との相関関係に基づいて脊柱起立筋の筋力をリアルタイムで推定する。
【００２４】
ここで、骨格筋の筋電位と太さとの相関関係は、図３の（ａ）に示すように筋電位の低い状態では骨格筋Ｍが細くなり、図３の（ｂ）に示すように筋電位の高い状態では骨格筋Ｍが太くなるという相関関係であり、筋肉に電気刺激を与えると筋収縮が発生して筋肉が太くなるという原理（Glerup,H.,Eriksen,E.R.;Chapter 102 Muscles and Falls.Vitamin D second edition.Elsevier Academic Press.Burlington,MA,USA:1805-1820,2005の文献参照）に基づくものである。
【００２５】
一方、脊柱起立筋の太さからその筋力を推定する原理は、筋肉の太さから筋力を推定できるという原理（中澤弘，日常生活活動と筋力，理学療法科学，18(1)，7-13,2003の文献参照）に基づくものである。
【００２６】
また、覚醒維持ＥＣＵ１１には、運転者Ｄの脊柱起立筋の最大筋力を推定するために、骨格筋率計測装置９が計測した運転者Ｄの骨格筋率の計測データが入力される。この骨格筋率の計測データが入力された覚醒維持ＥＣＵ１１は、運転者Ｄの骨格筋率から脊柱起立筋の最大太さを推定し、推定した脊柱起立筋の最大太さから脊柱起立筋の最大筋力を前述した原理に基づいて推定する。
【００２７】
ここで、覚醒維持ＥＣＵ１１が運転者Ｄの覚醒度の低下（眠気度の上昇）状態を判定できるようにするため、運転者Ｄの顔面の画像するカメラユニット１２が例えばステアリングホイール１０の前方のコラムカバー１３の上面に設置されている。そして、このカメラユニット１２が撮影した運転者Ｄの顔面の画像データが覚醒維持ＥＣＵ１１に入力される。
【００２８】
カメラユニット１２から運転者Ｄの顔面の画像データが入力された覚醒維持ＥＣＵ１１は、例えば所定のエッジ処理により運転者Ｄの両眼の瞼の形状を検出し、検出した瞼の形状から所定のマッチング処理により運転者Ｄの両眼の閉眼率を取得する。そして、覚醒維持ＥＣＵ１１は、取得した閉眼率が運転者Ｄの覚醒度の低下（眠気度の上昇）を示す所定の閾値より大きくなると、運転者Ｄが眠気を催して覚醒度が低下したものと判定する。
【００２９】
そして、このような覚醒維持ＥＣＵ１１は、運転者固定手段を構成する巻上げモータ２Ｂ、覚醒刺激付加手段を構成する電磁弁６およびコンプレッサ４、振動刺激付加手段を構成する振動体７の作動をそれぞれコントローラ１４を介して制御するように構成されている。すなわち、覚醒維持ＥＣＵ１１は、コントローラ１４に所定の制御信号を出力することで、所要時に巻上げモータ１を巻き上げ駆動し、所要時に電磁弁６を開閉動作させ、所要時にコンプレッサ４の作動をオン・オフさせ、所要時に振動体７を加振操作して振動させるように構成されている。
【００３０】
次に、覚醒維持ＥＣＵ１１が実行する処理の手順の一例を図４に示すフローチャートに沿って順次説明する。この覚醒維持ＥＣＵ１１は、図示しない車両のイグニションスイッチのオンによりエンジンが始動された後において、眠気を催す運転者Ｄの脊柱起立筋に圧覚刺激の覚醒刺激を付加し、その際、圧覚覚醒刺激の強度を所定の強度に制御して運転者Ｄを覚醒状態に効果的に維持するための一連の処理を実行する。
【００３１】
まず、ステップＳ１において、覚醒維持ＥＣＵ１１は、骨格筋率計測装置９に計測開始信号を出力して運転者Ｄの骨格筋率を計測させる。次のステップＳ２では、カメラユニット１２から入力される運転者Ｄの顔面の画像データに基づき、所定のエッジ処理により運転者Ｄの両眼の瞼の形状を検出し、検出した瞼の形状から所定のマッチング処理により運転者Ｄの両眼の閉眼率を眠気情報として取得する。
【００３２】
続くステップＳ３では、運転者Ｄの覚醒度が低下したか否かを判定する。すなわち、眠気情報とし取得した運転者Ｄの閉眼率が覚醒状態の低下を示す閾値より大きいか否かを判定する。
【００３３】
ステップＳ３の判定結果がＮＯであって閉眼率が閾値より小さい場合には、運転者Ｄが覚醒状態にあるものとみなしてステップＳ２の処理に戻るが、判定結果がＹＥＳであって閉眼率が閾値より大きい場合には、運転者Ｄが眠気を催して覚醒度が低下したものとみなし、その対応処理のために次のステップＳ４に進む。
【００３４】
ステップＳ４において覚醒維持ＥＣＵ１１は、コントローラ１４を介して巻上げモータ２Ｂに所定の駆動信号を出力することで、巻上げモータ２Ｂによりシートベルト装置２のショルダベルト２Ａを所定量だけ巻き上げて運転者Ｄの上半身をシートバック１Ａに固定する。
【００３５】
続くステップＳ５では、コントローラ１４に所定の制御信号を出力することで、電磁弁６を開動作させると共にコンプレッサ４を起動させる。これにより、コンプレッサ４から空気流路５を介してエアバッグ３に圧縮空気が供給され、エアバッグ３が膨張してゆく。その結果、運転者Ｄの腰部（脊柱起立筋）にはエアバッグ３の膨張量に応じた圧覚刺激が覚醒刺激として付加される。
【００３６】
次のステップＳ６では、骨格筋率計測装置９から運転者Ｄの骨格筋率の計測データを取得し、この骨格筋率の計測データから運転者Ｄの脊柱起立筋の最大太さを推定する。そして、覚醒維持ＥＣＵ１１は、推定した脊柱起立筋の最大太さ前述した原理に基づいて脊柱起立筋の最大筋力Ｔｍａｘを推定する。
【００３７】
続くステップＳ７では、生理計測装置８から運転者Ｄの脊柱起立筋の筋電位の計測データを取得し、この脊柱起立筋の筋電位と太さとの相関関係に基づいて脊柱起立筋の太さを推定する。そして、覚醒維持ＥＣＵ１１は、推定した脊柱起立筋の太さから前述した原理に基づいて脊柱起立筋の筋力Ｔをリアルタイムで推定する。
【００３８】
次のステップＳ８において覚醒維持ＥＣＵ１１は、ステップＳ７で推定した脊柱起立筋の筋力ＴがステップＳ６で推定した脊柱起立筋の最大筋力ＴｍａｘのＸ％に到達したか否かを判定する。ここで、Ｘ％は、圧覚覚醒刺激を受けた脊柱起立筋に含まれる筋紡錘が発射する神経電気パルスの密度が最大となる値であり、例えば、骨格筋の筋力と神経電気パルス密度との相関関係を示すグラフとして一般に知られている図５のグラフにおいて、神経電気パルス密度が最大となる３０％前後の値である。
【００３９】
ステップＳ８の判定結果がＮＯであればステップＳ７の処理に戻るが、脊柱起立筋の筋力Ｔが最大筋力ＴｍａｘのＸ％に到達して判定結果がＹＥＳとなると、続くステップＳ９において覚醒維持ＥＣＵ１１は、コントローラ１４に所定の制御信号を出力することで、電磁弁６を閉動作させると共にコンプレッサ４の運転を停止させる。
【００４０】
これにより、空気流路５が遮断されてエアバッグ３が所定の膨張量に保持され、エアバッグ３による運転者Ｄの脊柱起立筋への圧覚覚醒刺激の強度が一定に保持される。その結果、運転者Ｄの脊柱起立筋の筋力は、最大筋力ＴｍａｘのＸ％（例えば３０％前後）に保持されることとなり、脊柱起立筋に含まれる筋紡錘が脊椎から脳に向けて発射する神経電気パルスの密度が最大密度に保持される。このため、脳細胞が効率的に活性化されて運転者Ｄは効果的に覚醒状態に維持される。
【００４１】
ここで、筋紡錘が発射する神経電気パルスの密度は、筋紡錘が圧覚刺激のみを受けた場合には、図６の点線グラフに示すような時間変化を呈し、筋紡錘が圧覚刺激に加えて振動刺激を受けた場合には、図６の実線グラフに示すような時間変化を呈することが実験的に確認されている。
【００４２】
すなわち、筋紡錘が圧覚刺激に加えて振動刺激を受けた場合には、圧覚刺激のみを受けた場合に較べて神経電気パルス密度の高い状態が持続し、刺激効果持続時間が長くなることが確認されている。ちなみに、２０秒程度の振動刺激の付加により、３０秒程度の刺激効果持続時間が得られることも実験的に確認されている。
【００４３】
そこで、覚醒維持ＥＣＵ１１は、ステップＳ９に続くステップＳ１０において、コントローラ１４に所定の制御信号を出力して振動体７を加振し、例えば６０〜１００Ｈｚの振動数で振動体７を２０秒間振動させる。
【００４４】
これにより、運転者Ｄの脊柱起立筋には、エアバッグ２による圧覚刺激に加えて振動体７による振動刺激が付加されることとなり、圧覚刺激に対する慣れによる筋紡錘からの神経電気パルス密度の減衰、すなわち、運転者Ｄの神経活動量の低下が抑制される。その結果、神経電気パルス密度の高い状態の刺激効果持続時間として、例えば３０秒程度の刺激効果持続時間が得られることなる。
【００４５】
ステップＳ１０の処理により振動体７が２０秒間振動すると、その後３０秒程度の間は圧覚刺激の付加がなくても刺激効果が持続するため、続くステップＳ１１において覚醒維持ＥＣＵ９は、コントローラ１４に所定の制御信号を出力して電磁弁６を開動作させることにより、エアバッグ３内の空気を空気流路５に逃がしてエアバッグ３を収縮させ、その後、刺激効果持続中の３０秒間待機する（Ｓ１２）。
【００４６】
刺激効果持続中の３０秒間の待機の後、覚醒維持ＥＣＵ９は、運転者Ｄの覚醒度が上昇したか否かを判定するため、ステップＳ１３において、ステップＳ２と同様の画像処理により運転者Ｄの両眼の閉眼率を眠気情報として取得する。続くステップＳ１４において、運転者Ｄの覚醒度が上昇したか否かを判定する。すなわち、眠気情報として取得した閉眼率が覚醒状態の低下を示す閾値より小さくなったか否かを判定する。
【００４７】
ステップＳ１４の判定結果がＹＥＳであって閉眼率が閾値より小さくなった場合には、運転者Ｄが覚醒状態に復帰したものとみなしてリターンに進むが、判定結果がＮＯであって閉眼率が閾値より大きい場合には、運転者Ｄの覚醒度が依然として低下したままであるものとみなし、その対応処理のためにステップＳ５の処理に戻る。
【００４８】
以上説明したように、一実施形態の覚醒維持装置では、運転者Ｄが眠気を催すと、図４に示したフローチャートのステップＳ５の処理により、エアバッグ３が膨張操作されて運転者Ｄの腰部（脊柱起立筋）に圧覚刺激の覚醒刺激が付加される。そして、この圧覚覚醒刺激の強度は、ステップＳ８、Ｓ９の処理により、圧覚覚醒刺激を受けた脊柱起立筋の筋紡錘が最大密度の神経電気パルスを発射する適切な強度に制御される。このため、脳細胞が効率的に活性化されて運転者Ｄは効果的に覚醒状態に維持される。
【００４９】
しかも、ステップＳ１０の処理により、運転者Ｄの脊柱起立筋には、エアバッグ２による圧覚刺激に加えて振動体７の加振による振動刺激が付加されるため、圧覚刺激に対する慣れによる筋紡錘からの神経電気パルス密度の減衰が抑制される。その結果、運転者Ｄに対する覚醒維持の効果の持続時間として、例えば３０秒程度の刺激効果持続時間が得られる。
【００５０】
従って、一実施形態の覚醒維持装置によれば、眠気を催した運転者Ｄを効果的に覚醒状態に維持することができると共に、その覚醒維持の持続時間として、振動体７が加振される２０秒と、その後の３０秒の合計５０秒程度の刺激効果持続時間を得ることができる。
【００５１】
本発明に係る覚醒維持装置は、前述した一実施形態に限定されるものではない。例えば、図４に示したフローチャートのステップＳ２で取得する眠気情報は、運転者Ｄの生理指標である心拍数とし、ステップＳ２で行う覚醒度低下の判定は、心拍数が覚醒状態の低下を示す閾値より少ないか否かを判定するようにしてもよい。この場合、運転者Ｄの心拍数は、図２に示した生理計測装置８を利用して計測するようにしてもよい。
【００５２】
また、図１に示したコンプレッサ４、空気流路５、電磁弁６およびエアバッグ３で構成される覚醒刺激付加手段は、図７に示す油圧シリンダ装置２０を備えた構成に変更してもよい。この油圧シリンダ装置２０は、運転席シート１のシートバック１Ａの下部に埋設されることで運転者Ｄの腰部を圧迫する。この場合、油圧シリンダ装置２０は、運転者Ｄの脊柱起立筋に圧覚刺激を付加した後に振動刺激を付加するように、図示しない油圧制御回路により制御するのが好ましい。なお、この油圧シリンダ装置２０は、エアシリンダ装置に変更可能である。
【００５３】
さらに、図１に示した振動体７を備える振動刺激付加手段は、図８に示す偏芯モータ３０を備える構成に変更してもよい。この偏芯モータ３０は、運転席シート１のシートバック１Ａの下部に埋設されることで運転者Ｄの腰部に振動刺激を与える。この場合、偏芯モータ３０は、運転者Ｄの脊柱起立筋に付加する振動刺激の周波数を変更可能に制御されるのが好ましい。
【００５４】
また、図１に示した生理計測装置８を備えるパラメータ取得手段は、図９に示すようにシートベルト装置２の巻上げモータ２Ｂに同軸に接続されたトルクセンサ４０を備える構成に変更してもよい。このトルクセンサ４０は、図１に示したエアバッグ３の膨張により運転者Ｄの上半身がシートバック１Ａの前方に押圧されてショルダベルト２Ａが緊張し、その張力が巻上げモータ２Ｂに作用すると、巻上げモータ２Ｂのトルクをショルダベルト２Ａの張力として計測する。この変形例では、トルクセンサ４０が計測したショルダベルト２Ａの張力に基づいて覚醒維持ＥＣＵ１１が運転者Ｄの脊柱起立筋の筋力を推定する。
【００５５】
ここで、運転者Ｄの脚部のヒラメ筋には、脊柱起立筋と同様に筋紡錘が多く含まれており、このヒラメ筋を伸ばすと、その圧覚刺激により筋紡錘が神経電気パルスを発射して脳細胞が効率的に活性化される。そこで、図１に示した運転者Ｄの腰部の脊柱起立筋に圧覚覚醒刺激を付加するエアバッグ３を備えた覚醒刺激付加手段は、図１０、図１１に示す変形例のように、運転者Ｄの脚部のヒラメ筋に圧覚覚醒刺激を付加するように構成することができる。
【００５６】
図１０に示す変形例の覚醒刺激付加手段は、前端部が上下に揺動可能に支持されたフットレスト５０と、フットレスト５０上に足裏が支持された運転者Ｄの足首を固定するベルト５１と、フットレスト５０の後端部に揺動トルクを伝達してフットレスト５０の前端部を上下に揺動させるモータ５２とを備えている。この変形例では、モータ５２によりフットレスト５０の前端部を上方に揺動させることで、運転者Ｄの脚部のヒラメ筋が伸ばされてヒラメ筋に圧覚覚醒刺激が付加される。なお、この変形例では、生理計測装置８の生理計測電極８Ａは、運転者Ｄのヒラメ筋の筋電位を計測するように、運転者Ｄの脚部のふくらはぎ部分に吸着される。
【００５７】
図１１に示す変形例の覚醒刺激付加手段は、図１０に示したモータ５２に替えて、フットレスト５０の前端部を上下に揺動させる油圧シリンダ装置５３を設けたものであり、その他は図１０に示した変形例と同様に構成されている。この変形例では、油圧シリンダ装置５３によりフットレスト５０の前端部を上方に揺動させることで、運転者Ｄの脚部のヒラメ筋が伸ばされてヒラメ筋に圧覚覚醒刺激が付加される。
【００５８】
ここで、図１０に示した生理計測装置８を備えるパラメータ取得手段は、図１２に示す変形例のように、運転者Ｄのふくらはぎ部分に巻装される太さ検出バンド６０を備える構成に変更してもよい。この太さ検出バンド６０は、運転者Ｄのふくらはぎ部分の太さに応じて伸縮することで、ヒラメ筋の太さの変化を計測する。この変形例では、太さ検出バンド６０が計測したヒラメ筋の太さに基づいて覚醒維持ＥＣＵ１１が運転者Ｄのヒラメ筋の筋力を推定する。
【００５９】
なお、図示は省略するが、図１に示した骨格筋率計測装置９は、運転者Ｄの腹部から背中にわたる断面画像を撮影可能な腹部エコー装置に変更することができる。この場合、覚醒維持ＥＣＵ１１は、腹部エコー装置が撮影した断面画像に基づいて運転者Ｄの脊柱起立筋の太さを推定する。
【符号の説明】
【００６０】
１…運転席シート、１Ａ…シートバック、２…シートベルト装置、２Ａ…ショルダベルト、２Ｂ…巻上げモータ、３…エアバッグ、４…コンプレッサ、５…空気流路、６…電磁弁、７…振動体、８…生理計測装置、８Ａ…生理計測電極、９…骨格筋率計測装置、９Ａ…計測電極、１０…ステアリングホイール、１１…覚醒維持ＥＣＵ、１２…カメラユニット、１３…コラムカバー、１４…コントローラ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、眠気を催す対象者に覚醒刺激を与えることで対象者を覚醒状態に維持する覚醒維持装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、眠気を催した人に覚醒刺激を与える装置が一般に知られている（例えば特許文献１、２参照）。ここで、特許文献１には、運転席のシートバックを傾動させ、運転者に圧覚を刺激するズレ力を発生させて運転者を覚醒状態に復帰させる装置が記載されている。また、特許文献２には、運転者の意識低下の度合い応じた覚醒刺激として、眠気度の深さに応じた音量の警報音を与える装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３４４６１３号公報
【特許文献２】特開平８−１４７５８４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に記載された装置は、運転席のシートバックを傾動させて運転者の圧覚を刺激するものであるため、運転者に適切な強度の覚醒刺激を与えることが難しい。一方、特許文献２に記載された装置は、警報音を覚醒刺激としているため、運転者の覚醒状態を効果的に維持するには難点がある。
【０００５】
そこで、本発明は、眠気を催す対象者に適切な覚醒刺激を付加することで対象者を覚醒状態に効果的に維持することが可能な覚醒維持装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る覚醒維持装置は、眠気を催す対象者の骨格筋に覚醒刺激を付加して対象者を覚醒状態に維持する覚醒維持装置であって、対象者の骨格筋に覚醒刺激を付加する覚醒刺激付加手段と、覚醒刺激付加手段により覚醒刺激が付加された対象者の骨格筋の活動状態を示すパラメータを取得するパラメータ取得手段と、パラメータ取得手段により取得されたパラメータに基づき、刺激付加手段により対象者の骨格筋に付加される覚醒刺激の強度を所定の強度に制御する刺激強度制御手段とを備えて構成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る覚醒維持装置では、対象者が眠気を催すと、覚醒刺激付加手段が対象者の骨格筋に覚醒刺激を付加し、パラメータ取得手段が対象者の骨格筋の活動状態を示すパラメータを取得し、取得されたパラメータに基づいて刺激強度制御手段が対象者の骨格筋に付加される覚醒刺激の強度を所定の強度に制御する。そして、この覚醒刺激の強度が対象者の脳細胞の活動を活発化させる適切な強度に制御されることで、対象者が効果的に覚醒状態に維持される。
【０００８】
ここで、本発明に係る覚醒維持装置は、刺激強度制御手段により所定の強度に制御された覚醒刺激に加えて対象者の骨格筋に振動刺激を付加する振動刺激付加手段を備えた構成とすることができる。この場合、対象者の骨格筋には所定の強度に制御された覚醒刺激に加えて振動刺激が付加されるため、対象者の覚醒刺激に対する慣れによる神経活動量の低下が抑制され、覚醒刺激の効果の持続時間が長くなる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る覚醒維持装置では、対象者が眠気を催すと、覚醒刺激付加手段が対象者の骨格筋に覚醒刺激を付加し、パラメータ取得手段が対象者の骨格筋の活動状態を示すパラメータを取得し、取得されたパラメータに基づいて刺激強度制御手段が対象者の骨格筋に付加される覚醒刺激の強度を所定の強度に制御する。従って、本発明によれば、覚醒刺激の強度を対象者の脳細胞の活動を活発化させる適切な強度に制御することで、対象者を効果的に覚醒状態に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る覚醒維持装置の構成をその対象者となる車両の運転者と共に模式的に示す運転席近傍の側面図である。
【図２】同覚醒維持装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図３】骨格筋の筋電位と太さとの相関関係を示す模式図である。
【図４】図２に示した覚醒維持ＥＣＵが実行する処理の手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】骨格筋の筋力と神経電気パルス密度との相関関係を示すグラフである。
【図６】筋紡錘が圧覚刺激のみを受けた場合と、圧覚刺激に加えて振動刺激を受けた場合とを比較して説明した神経電気パルス密度の時間変化を示すグラフである。
【図７】覚醒刺激付加手段の変形例を示す図１に対応した側面図である。
【図８】振動刺激付加手段の変形例を示す図１に対応した側面図である。
【図９】パラメータ取得手段の変形例を示す図１に対応した側面図である。
【図１０】覚醒刺激付加手段の他の変形例を示す図１に対応した側面図である。
【図１１】図１０に示した覚醒刺激付加手段の変形例を示す図１０に対応した側面図である。
【図１２】図１０に示したパラメータ取得手段の変形例を示す図１０に対応した側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明に係る覚醒維持装置の実施形態を説明する。一実施形態に係る覚醒維持装置は、例えば図１に示す運転席シート１に着座した車両の運転者Ｄを対象者として、眠気を催す運転者Ｄの骨格筋に覚醒刺激を付加して運転者Ｄを覚醒状態に維持する装置である。この覚醒維持装置は、以下に説明する運転者固定手段、覚醒刺激付加手段、振動刺激付加手段、パラメータ取得手段および刺激強度制御手段を備えており、具体的には図１および図２に示すような構成を備えている。
【００１２】
運転者固定手段は、運転席シート１に着座した運転者Ｄの上半身をシートバック１Ａに押し付けて固定するものであり、運転席シート１に付設されたシートベルト装置２のショルダベルト２Ａと、このショルダベルト２Ａを巻き上げる巻上げモータ２Ｂとを備えている。この巻上げモータ１は、所要時に巻き上げ駆動されてショルダベルト２Ａを緊締させることで、運転者Ｄの上半身を運転席シート１のシートバック１Ａに押し付ける。
【００１３】
覚醒刺激付加手段は、運転者Ｄの腰部の骨格筋である脊柱起立筋に圧覚刺激の覚醒刺激（以後、圧覚覚醒刺激ということがある。）を付加する手段である。この覚醒刺激付加手段は、運転者Ｄの腰部を圧迫するようにシートバック１Ａの下部に埋設されたエアバッグ３と、このエアバッグ３とコンプレッサ４との間の空気流路５を開閉する電磁弁６とを備えている。なお、この覚醒刺激付加手段は、エアバッグ３をウォータバッグに、コンプレッサ４をウォータポンプに、空気流路５を液体流路にそれぞれ変更して構成することも可能である。
【００１４】
振動刺激付加手段は、運転者Ｄの腰部の脊柱起立筋に振動刺激を付加する手段であり、例えばエアバッグ２の前部に固定された振動体７を備えている。この振動体７は、通電により例えば６０〜１００Ｈｚの振動数で加振制御されるように構成されている。
【００１５】
パラメータ取得手段は、覚醒刺激付加手段により覚醒刺激が付加された運転者Ｄの骨格筋の活動状態を示すパラメータを取得すると共に、運転者Ｄの骨格筋の最大筋力を示すパラメータを取得する。このパラメータ取得手段は、運転者Ｄの骨格筋の活動状態を示すパラメータを取得するための生理計測装置８と、運転者Ｄの骨格筋の最大筋力を示すパラメータを取得するための骨格筋率計測装置９と備えている。
【００１６】
生理計測装置８は、運転者Ｄの骨格筋の活動状態を示すパラメータとして、骨格筋の筋電位を計測する。この生理計測装置８は、運転者Ｄの体表に吸着される生理計測電極８Ａを有し、この生理計測電極８Ａを介して運転者Ｄの骨格筋の筋電位を計測する。なお、生理計測装置８は、単なる筋電位計であってもよいし、医療用テレメータや携帯型多用途生体アンプで構成されていてもよい。
【００１７】
ここで、人の骨格筋のうち、腰椎部の脊柱起立筋には赤筋が多く存在し、赤筋には筋紡錘が多く含まれている。この筋紡錘は、刺激を受けると神経電気パルスを脊椎から脳に向けて発射する張力受容器であり、筋紡錘が多く含まれた脊柱起立筋に覚醒刺激を付加すれば、脳細胞を効率的に活性化させて運転者Ｄを効果的に覚醒状態に維持可能である。
【００１８】
そこで、一実施形態においては、前述した覚醒刺激付加手段を構成するエアバッグ３が運転者Ｄの腰部を圧迫して脊柱起立筋に圧覚刺激の覚醒刺激を付加することを前提として、生理計測装置８の生理計測電極８Ａは、運転者Ｄの脊柱起立筋の筋電位を計測するように、運転者Ｄの腰部の体表に吸着される。
【００１９】
骨格筋率計測装置９は、運転者Ｄの骨格筋の最大筋力を示すパラメータとして、運転者Ｄの骨格筋率を計測する。この骨格筋率計測装置９は、運転者Ｄの両手で握られるようにステアリングホイール１０の左右部分に埋め込まれて配設された一対の計測電極９Ａを有する。
【００２０】
このような骨格筋率計測装置９は、一対の計測電極９Ａを介して運転者Ｄの身体に微弱電流を流した際の電気抵抗値を計測し、計測した電気抵抗値を運転者固有の基礎データと組み合わせて所定のアルゴリズムにより解析することにより、運転者Ｄの骨格筋率を計測する。なお、骨格筋率計測装置９には、運転者固有の基礎データとして、身長、体重、年齢、性別などのデータが予め登録されている。
【００２１】
刺激強度制御手段は、パラメータ取得手段により取得されたパラメータに基づき、覚醒刺激付加手段を構成するエアバッグ３により運転者Ｄの脊柱起立筋に付加される圧覚覚醒刺激の強度を所定の強度、すなわち、運転者Ｄを覚醒状態に効果的に維持することのできる所定の強度に制御する手段であり、具体的には、覚醒維持ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１１により構成される。
【００２２】
覚醒維持ＥＣＵ１１は、入出力インターフェースＩ／Ｏ、Ａ／Ｄコンバータ、プログラムおよびデータを記憶したＲＯＭ(Read Only Memory)、入力データ等を一時記憶するＲＡＭ(Random Access Memory)、プログラムを実行するＣＰＵ(Central Processing Unit)等をハードウェアとして備えたマイクロコンピュータで構成されており、そのハードウェアおよびソフトウェアを利用して刺激強度設定手段が構成されている。
【００２３】
覚醒維持ＥＣＵ１１には、運転者Ｄの脊柱起立筋の活動状態に対応した筋力を推定するために、生理計測装置８が計測した運転者Ｄの脊柱起立筋の筋電位の計測データが入力される。この筋電位の計測データが入力された覚醒維持ＥＣＵ１１は、骨格筋の筋電位と太さとの相関関係に基づいて運転者Ｄの脊柱起立筋の太さを推定し、推定した脊柱起立筋の太さと筋力との相関関係に基づいて脊柱起立筋の筋力をリアルタイムで推定する。
【００２４】
ここで、骨格筋の筋電位と太さとの相関関係は、図３の（ａ）に示すように筋電位の低い状態では骨格筋Ｍが細くなり、図３の（ｂ）に示すように筋電位の高い状態では骨格筋Ｍが太くなるという相関関係であり、筋肉に電気刺激を与えると筋収縮が発生して筋肉が太くなるという原理（Glerup,H.,Eriksen,E.R.;Chapter 102 Muscles and Falls.Vitamin D second edition.Elsevier Academic Press.Burlington,MA,USA:1805-1820,2005の文献参照）に基づくものである。
【００２５】
一方、脊柱起立筋の太さからその筋力を推定する原理は、筋肉の太さから筋力を推定できるという原理（中澤弘，日常生活活動と筋力，理学療法科学，18(1)，7-13,2003の文献参照）に基づくものである。
【００２６】
また、覚醒維持ＥＣＵ１１には、運転者Ｄの脊柱起立筋の最大筋力を推定するために、骨格筋率計測装置９が計測した運転者Ｄの骨格筋率の計測データが入力される。この骨格筋率の計測データが入力された覚醒維持ＥＣＵ１１は、運転者Ｄの骨格筋率から脊柱起立筋の最大太さを推定し、推定した脊柱起立筋の最大太さから脊柱起立筋の最大筋力を前述した原理に基づいて推定する。
【００２７】
ここで、覚醒維持ＥＣＵ１１が運転者Ｄの覚醒度の低下（眠気度の上昇）状態を判定できるようにするため、運転者Ｄの顔面の画像するカメラユニット１２が例えばステアリングホイール１０の前方のコラムカバー１３の上面に設置されている。そして、このカメラユニット１２が撮影した運転者Ｄの顔面の画像データが覚醒維持ＥＣＵ１１に入力される。
【００２８】
カメラユニット１２から運転者Ｄの顔面の画像データが入力された覚醒維持ＥＣＵ１１は、例えば所定のエッジ処理により運転者Ｄの両眼の瞼の形状を検出し、検出した瞼の形状から所定のマッチング処理により運転者Ｄの両眼の閉眼率を取得する。そして、覚醒維持ＥＣＵ１１は、取得した閉眼率が運転者Ｄの覚醒度の低下（眠気度の上昇）を示す所定の閾値より大きくなると、運転者Ｄが眠気を催して覚醒度が低下したものと判定する。
【００２９】
そして、このような覚醒維持ＥＣＵ１１は、運転者固定手段を構成する巻上げモータ２Ｂ、覚醒刺激付加手段を構成する電磁弁６およびコンプレッサ４、振動刺激付加手段を構成する振動体７の作動をそれぞれコントローラ１４を介して制御するように構成されている。すなわち、覚醒維持ＥＣＵ１１は、コントローラ１４に所定の制御信号を出力することで、所要時に巻上げモータ１を巻き上げ駆動し、所要時に電磁弁６を開閉動作させ、所要時にコンプレッサ４の作動をオン・オフさせ、所要時に振動体７を加振操作して振動させるように構成されている。
【００３０】
次に、覚醒維持ＥＣＵ１１が実行する処理の手順の一例を図４に示すフローチャートに沿って順次説明する。この覚醒維持ＥＣＵ１１は、図示しない車両のイグニションスイッチのオンによりエンジンが始動された後において、眠気を催す運転者Ｄの脊柱起立筋に圧覚刺激の覚醒刺激を付加し、その際、圧覚覚醒刺激の強度を所定の強度に制御して運転者Ｄを覚醒状態に効果的に維持するための一連の処理を実行する。
【００３１】
まず、ステップＳ１において、覚醒維持ＥＣＵ１１は、骨格筋率計測装置９に計測開始信号を出力して運転者Ｄの骨格筋率を計測させる。次のステップＳ２では、カメラユニット１２から入力される運転者Ｄの顔面の画像データに基づき、所定のエッジ処理により運転者Ｄの両眼の瞼の形状を検出し、検出した瞼の形状から所定のマッチング処理により運転者Ｄの両眼の閉眼率を眠気情報として取得する。
【００３２】
続くステップＳ３では、運転者Ｄの覚醒度が低下したか否かを判定する。すなわち、眠気情報とし取得した運転者Ｄの閉眼率が覚醒状態の低下を示す閾値より大きいか否かを判定する。
【００３３】
ステップＳ３の判定結果がＮＯであって閉眼率が閾値より小さい場合には、運転者Ｄが覚醒状態にあるものとみなしてステップＳ２の処理に戻るが、判定結果がＹＥＳであって閉眼率が閾値より大きい場合には、運転者Ｄが眠気を催して覚醒度が低下したものとみなし、その対応処理のために次のステップＳ４に進む。
【００３４】
ステップＳ４において覚醒維持ＥＣＵ１１は、コントローラ１４を介して巻上げモータ２Ｂに所定の駆動信号を出力することで、巻上げモータ２Ｂによりシートベルト装置２のショルダベルト２Ａを所定量だけ巻き上げて運転者Ｄの上半身をシートバック１Ａに固定する。
【００３５】
続くステップＳ５では、コントローラ１４に所定の制御信号を出力することで、電磁弁６を開動作させると共にコンプレッサ４を起動させる。これにより、コンプレッサ４から空気流路５を介してエアバッグ３に圧縮空気が供給され、エアバッグ３が膨張してゆく。その結果、運転者Ｄの腰部（脊柱起立筋）にはエアバッグ３の膨張量に応じた圧覚刺激が覚醒刺激として付加される。
【００３６】
次のステップＳ６では、骨格筋率計測装置９から運転者Ｄの骨格筋率の計測データを取得し、この骨格筋率の計測データから運転者Ｄの脊柱起立筋の最大太さを推定する。そして、覚醒維持ＥＣＵ１１は、推定した脊柱起立筋の最大太さ前述した原理に基づいて脊柱起立筋の最大筋力Ｔｍａｘを推定する。
【００３７】
続くステップＳ７では、生理計測装置８から運転者Ｄの脊柱起立筋の筋電位の計測データを取得し、この脊柱起立筋の筋電位と太さとの相関関係に基づいて脊柱起立筋の太さを推定する。そして、覚醒維持ＥＣＵ１１は、推定した脊柱起立筋の太さから前述した原理に基づいて脊柱起立筋の筋力Ｔをリアルタイムで推定する。
【００３８】
次のステップＳ８において覚醒維持ＥＣＵ１１は、ステップＳ７で推定した脊柱起立筋の筋力ＴがステップＳ６で推定した脊柱起立筋の最大筋力ＴｍａｘのＸ％に到達したか否かを判定する。ここで、Ｘ％は、圧覚覚醒刺激を受けた脊柱起立筋に含まれる筋紡錘が発射する神経電気パルスの密度が最大となる値であり、例えば、骨格筋の筋力と神経電気パルス密度との相関関係を示すグラフとして一般に知られている図５のグラフにおいて、神経電気パルス密度が最大となる３０％前後の値である。
【００３９】
ステップＳ８の判定結果がＮＯであればステップＳ７の処理に戻るが、脊柱起立筋の筋力Ｔが最大筋力ＴｍａｘのＸ％に到達して判定結果がＹＥＳとなると、続くステップＳ９において覚醒維持ＥＣＵ１１は、コントローラ１４に所定の制御信号を出力することで、電磁弁６を閉動作させると共にコンプレッサ４の運転を停止させる。
【００４０】
これにより、空気流路５が遮断されてエアバッグ３が所定の膨張量に保持され、エアバッグ３による運転者Ｄの脊柱起立筋への圧覚覚醒刺激の強度が一定に保持される。その結果、運転者Ｄの脊柱起立筋の筋力は、最大筋力ＴｍａｘのＸ％（例えば３０％前後）に保持されることとなり、脊柱起立筋に含まれる筋紡錘が脊椎から脳に向けて発射する神経電気パルスの密度が最大密度に保持される。このため、脳細胞が効率的に活性化されて運転者Ｄは効果的に覚醒状態に維持される。
【００４１】
ここで、筋紡錘が発射する神経電気パルスの密度は、筋紡錘が圧覚刺激のみを受けた場合には、図６の点線グラフに示すような時間変化を呈し、筋紡錘が圧覚刺激に加えて振動刺激を受けた場合には、図６の実線グラフに示すような時間変化を呈することが実験的に確認されている。
【００４２】
すなわち、筋紡錘が圧覚刺激に加えて振動刺激を受けた場合には、圧覚刺激のみを受けた場合に較べて神経電気パルス密度の高い状態が持続し、刺激効果持続時間が長くなることが確認されている。ちなみに、２０秒程度の振動刺激の付加により、３０秒程度の刺激効果持続時間が得られることも実験的に確認されている。
【００４３】
そこで、覚醒維持ＥＣＵ１１は、ステップＳ９に続くステップＳ１０において、コントローラ１４に所定の制御信号を出力して振動体７を加振し、例えば６０〜１００Ｈｚの振動数で振動体７を２０秒間振動させる。
【００４４】
これにより、運転者Ｄの脊柱起立筋には、エアバッグ２による圧覚刺激に加えて振動体７による振動刺激が付加されることとなり、圧覚刺激に対する慣れによる筋紡錘からの神経電気パルス密度の減衰、すなわち、運転者Ｄの神経活動量の低下が抑制される。その結果、神経電気パルス密度の高い状態の刺激効果持続時間として、例えば３０秒程度の刺激効果持続時間が得られることなる。
【００４５】
ステップＳ１０の処理により振動体７が２０秒間振動すると、その後３０秒程度の間は圧覚刺激の付加がなくても刺激効果が持続するため、続くステップＳ１１において覚醒維持ＥＣＵ９は、コントローラ１４に所定の制御信号を出力して電磁弁６を開動作させることにより、エアバッグ３内の空気を空気流路５に逃がしてエアバッグ３を収縮させ、その後、刺激効果持続中の３０秒間待機する（Ｓ１２）。
【００４６】
刺激効果持続中の３０秒間の待機の後、覚醒維持ＥＣＵ９は、運転者Ｄの覚醒度が上昇したか否かを判定するため、ステップＳ１３において、ステップＳ２と同様の画像処理により運転者Ｄの両眼の閉眼率を眠気情報として取得する。続くステップＳ１４において、運転者Ｄの覚醒度が上昇したか否かを判定する。すなわち、眠気情報として取得した閉眼率が覚醒状態の低下を示す閾値より小さくなったか否かを判定する。
【００４７】
ステップＳ１４の判定結果がＹＥＳであって閉眼率が閾値より小さくなった場合には、運転者Ｄが覚醒状態に復帰したものとみなしてリターンに進むが、判定結果がＮＯであって閉眼率が閾値より大きい場合には、運転者Ｄの覚醒度が依然として低下したままであるものとみなし、その対応処理のためにステップＳ５の処理に戻る。
【００４８】
以上説明したように、一実施形態の覚醒維持装置では、運転者Ｄが眠気を催すと、図４に示したフローチャートのステップＳ５の処理により、エアバッグ３が膨張操作されて運転者Ｄの腰部（脊柱起立筋）に圧覚刺激の覚醒刺激が付加される。そして、この圧覚覚醒刺激の強度は、ステップＳ８、Ｓ９の処理により、圧覚覚醒刺激を受けた脊柱起立筋の筋紡錘が最大密度の神経電気パルスを発射する適切な強度に制御される。このため、脳細胞が効率的に活性化されて運転者Ｄは効果的に覚醒状態に維持される。
【００４９】
しかも、ステップＳ１０の処理により、運転者Ｄの脊柱起立筋には、エアバッグ２による圧覚刺激に加えて振動体７の加振による振動刺激が付加されるため、圧覚刺激に対する慣れによる筋紡錘からの神経電気パルス密度の減衰が抑制される。その結果、運転者Ｄに対する覚醒維持の効果の持続時間として、例えば３０秒程度の刺激効果持続時間が得られる。
【００５０】
従って、一実施形態の覚醒維持装置によれば、眠気を催した運転者Ｄを効果的に覚醒状態に維持することができると共に、その覚醒維持の持続時間として、振動体７が加振される２０秒と、その後の３０秒の合計５０秒程度の刺激効果持続時間を得ることができる。
【００５１】
本発明に係る覚醒維持装置は、前述した一実施形態に限定されるものではない。例えば、図４に示したフローチャートのステップＳ２で取得する眠気情報は、運転者Ｄの生理指標である心拍数とし、ステップＳ２で行う覚醒度低下の判定は、心拍数が覚醒状態の低下を示す閾値より少ないか否かを判定するようにしてもよい。この場合、運転者Ｄの心拍数は、図２に示した生理計測装置８を利用して計測するようにしてもよい。
【００５２】
また、図１に示したコンプレッサ４、空気流路５、電磁弁６およびエアバッグ３で構成される覚醒刺激付加手段は、図７に示す油圧シリンダ装置２０を備えた構成に変更してもよい。この油圧シリンダ装置２０は、運転席シート１のシートバック１Ａの下部に埋設されることで運転者Ｄの腰部を圧迫する。この場合、油圧シリンダ装置２０は、運転者Ｄの脊柱起立筋に圧覚刺激を付加した後に振動刺激を付加するように、図示しない油圧制御回路により制御するのが好ましい。なお、この油圧シリンダ装置２０は、エアシリンダ装置に変更可能である。
【００５３】
さらに、図１に示した振動体７を備える振動刺激付加手段は、図８に示す偏芯モータ３０を備える構成に変更してもよい。この偏芯モータ３０は、運転席シート１のシートバック１Ａの下部に埋設されることで運転者Ｄの腰部に振動刺激を与える。この場合、偏芯モータ３０は、運転者Ｄの脊柱起立筋に付加する振動刺激の周波数を変更可能に制御されるのが好ましい。
【００５４】
また、図１に示した生理計測装置８を備えるパラメータ取得手段は、図９に示すようにシートベルト装置２の巻上げモータ２Ｂに同軸に接続されたトルクセンサ４０を備える構成に変更してもよい。このトルクセンサ４０は、図１に示したエアバッグ３の膨張により運転者Ｄの上半身がシートバック１Ａの前方に押圧されてショルダベルト２Ａが緊張し、その張力が巻上げモータ２Ｂに作用すると、巻上げモータ２Ｂのトルクをショルダベルト２Ａの張力として計測する。この変形例では、トルクセンサ４０が計測したショルダベルト２Ａの張力に基づいて覚醒維持ＥＣＵ１１が運転者Ｄの脊柱起立筋の筋力を推定する。
【００５５】
ここで、運転者Ｄの脚部のヒラメ筋には、脊柱起立筋と同様に筋紡錘が多く含まれており、このヒラメ筋を伸ばすと、その圧覚刺激により筋紡錘が神経電気パルスを発射して脳細胞が効率的に活性化される。そこで、図１に示した運転者Ｄの腰部の脊柱起立筋に圧覚覚醒刺激を付加するエアバッグ３を備えた覚醒刺激付加手段は、図１０、図１１に示す変形例のように、運転者Ｄの脚部のヒラメ筋に圧覚覚醒刺激を付加するように構成することができる。
【００５６】
図１０に示す変形例の覚醒刺激付加手段は、前端部が上下に揺動可能に支持されたフットレスト５０と、フットレスト５０上に足裏が支持された運転者Ｄの足首を固定するベルト５１と、フットレスト５０の後端部に揺動トルクを伝達してフットレスト５０の前端部を上下に揺動させるモータ５２とを備えている。この変形例では、モータ５２によりフットレスト５０の前端部を上方に揺動させることで、運転者Ｄの脚部のヒラメ筋が伸ばされてヒラメ筋に圧覚覚醒刺激が付加される。なお、この変形例では、生理計測装置８の生理計測電極８Ａは、運転者Ｄのヒラメ筋の筋電位を計測するように、運転者Ｄの脚部のふくらはぎ部分に吸着される。
【００５７】
図１１に示す変形例の覚醒刺激付加手段は、図１０に示したモータ５２に替えて、フットレスト５０の前端部を上下に揺動させる油圧シリンダ装置５３を設けたものであり、その他は図１０に示した変形例と同様に構成されている。この変形例では、油圧シリンダ装置５３によりフットレスト５０の前端部を上方に揺動させることで、運転者Ｄの脚部のヒラメ筋が伸ばされてヒラメ筋に圧覚覚醒刺激が付加される。
【００５８】
ここで、図１０に示した生理計測装置８を備えるパラメータ取得手段は、図１２に示す変形例のように、運転者Ｄのふくらはぎ部分に巻装される太さ検出バンド６０を備える構成に変更してもよい。この太さ検出バンド６０は、運転者Ｄのふくらはぎ部分の太さに応じて伸縮することで、ヒラメ筋の太さの変化を計測する。この変形例では、太さ検出バンド６０が計測したヒラメ筋の太さに基づいて覚醒維持ＥＣＵ１１が運転者Ｄのヒラメ筋の筋力を推定する。
【００５９】
なお、図示は省略するが、図１に示した骨格筋率計測装置９は、運転者Ｄの腹部から背中にわたる断面画像を撮影可能な腹部エコー装置に変更することができる。この場合、覚醒維持ＥＣＵ１１は、腹部エコー装置が撮影した断面画像に基づいて運転者Ｄの脊柱起立筋の太さを推定する。
【符号の説明】
【００６０】
１…運転席シート、１Ａ…シートバック、２…シートベルト装置、２Ａ…ショルダベルト、２Ｂ…巻上げモータ、３…エアバッグ、４…コンプレッサ、５…空気流路、６…電磁弁、７…振動体、８…生理計測装置、８Ａ…生理計測電極、９…骨格筋率計測装置、９Ａ…計測電極、１０…ステアリングホイール、１１…覚醒維持ＥＣＵ、１２…カメラユニット、１３…コラムカバー、１４…コントローラ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
眠気を催す対象者の骨格筋に覚醒刺激を付加して対象者を覚醒状態に維持する覚醒維持装置であって、
対象者の骨格筋に覚醒刺激を付加する覚醒刺激付加手段と、覚醒刺激付加手段により覚醒刺激が付加された対象者の骨格筋の活動状態を示すパラメータを取得するパラメータ取得手段と、パラメータ取得手段により取得されたパラメータに基づき、覚醒刺激付加手段により対象者の骨格筋に付加される覚醒刺激の強度を所定の強度に制御する刺激強度制御手段とを備えて構成されていることを特徴とする覚醒維持装置。
【請求項２】
前記刺激強度制御手段により所定の強度に制御された覚醒刺激に加えて前記対象者の骨格筋に振動刺激を付加する振動刺激付加手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の覚醒維持装置。
【請求項１】
眠気を催す対象者の骨格筋に覚醒刺激を付加して対象者を覚醒状態に維持する覚醒維持装置であって、
対象者の骨格筋に覚醒刺激を付加する覚醒刺激付加手段と、覚醒刺激付加手段により覚醒刺激が付加された対象者の骨格筋の活動状態を示すパラメータを取得するパラメータ取得手段と、パラメータ取得手段により取得されたパラメータに基づき、覚醒刺激付加手段により対象者の骨格筋に付加される覚醒刺激の強度を所定の強度に制御する刺激強度制御手段とを備えて構成されていることを特徴とする覚醒維持装置。
【請求項２】
前記刺激強度制御手段により所定の強度に制御された覚醒刺激に加えて前記対象者の骨格筋に振動刺激を付加する振動刺激付加手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の覚醒維持装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１７２５４１（Ｐ２０１０−１７２５４１Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９６３８（Ｐ２００９−１９６３８）
【出願日】平成２１年１月３０日（２００９．１．３０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（５０４１６０７８１）国立大学法人金沢大学 (282)
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月３０日（２００９．１．３０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（５０４１６０７８１）国立大学法人金沢大学 (282)
[ Back to top ]