(57)【要約】【課題】姿勢の変化を最小限として必要なデータを取得し、適切に人体状態を判定することができる人体状態判定装置を提供する。【解決手段】人体状態判定装置においては、電磁波発生器１０１及び送信器１０２を用いて送信されて計測対象人物Ｍによって反射した電磁波を受信器１０３によって受信すると、受信信号の振幅値の時間変化に基づいて、時間変化検出部１０６によって計測対象人物Ｍの呼吸活動を検出するとともに、計測対象人物Ｍの呼気の気体成分毎の受信信号の振幅値の時間変化に基づいて、呼吸状態計測部１０７によって気体成分毎の変化量を計測し、検出した呼吸活動についての計測した気体成分毎の変化量に基づいて、計測対象人物Ｍの状態を負荷推定部１０８によって推定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を計測対象人物に対し送信する電磁波送信手段と、
前記電磁波送信手段から送信されて前記計測対象人物によって反射された電磁波を受信する電磁波受信手段と、
前記電磁波受信手段によって受信した受信信号の振幅値の時間変化に基づいて、前記計測対象人物の呼吸活動を検出する呼吸活動検出手段と、
前記電磁波受信手段によって受信した前記計測対象人物の呼気の気体成分毎の受信信号の振幅値の時間変化に基づいて、気体成分毎の変化量を計測する呼気成分変化量計測手段と、
前記呼吸活動検出手段によって検出された呼吸活動についての前記呼気成分変化量計測手段によって計測された気体成分毎の変化量に基づいて、前記計測対象人物の状態を推定する状態推定手段と
を備えることを特徴とする人体状態判定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の人体状態判定装置において、
前記電磁波送信手段は、水蒸気の吸収周波数を含む発信周波数帯域の電磁波を発生して送信し、前記呼気成分変化量計測手段は、前記発信周波数帯域に基づいて、前記計測対象人物の呼気中の水蒸気の含有量を計測し、前記状態推定手段は、呼吸数に基づく所定の計測時間内に前記呼気成分変化量計測手段によって計測された前記水蒸気の含有量の時間変化量と、人の交感神経の作用との相関に基づいて、前記計測対象人物の状態を推定することを特徴とする人体状態判定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の人体状態判定装置において、
前記呼気成分変化量計測手段は、水蒸気の吸収周波数帯域と水蒸気の吸収周波数帯域以外の周波数帯域との振幅比に基づいて、前記計測対象人物の呼気中の水蒸気の含有量を計測することを特徴とする人体状態判定装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載の人体状態判定装置において、
前記状態推定手段は、前記呼気成分変化量計測手段によって計測された前記水蒸気の含有量の時間変化量が、前記相関の有意差に関する所定の第１の閾値に基づく増加の傾向を示す場合には前記計測対象人物の状態が交感神経優位と推定し、前記相関の有意差に関する所定の第２の閾値に基づく減少の傾向を示す場合には前記計測対象人物の状態が副交感神経優位と推定することを特徴とする人体状態判定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の人体状態判定装置において、
前記計測対象人物の周囲の大気状態を計測する大気状態計測手段を備え、前記状態推定手段は、前記大気状態計測手段によって計測された大気状態に基づいて、前記第１の閾値及び／又は前記第２の閾値を補正することを特徴とする人体状態判定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の人体状態判定装置において、
前記大気状態計測手段は、前記計測対象人物の周囲の相対湿度を計測することを特徴とする人体状態判定装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のうち、いずれか１項に記載の人体状態判定装置において、
前記計測対象人物が口呼吸を行っているか鼻呼吸を行っているかを判定する呼吸判定手段を備え、前記状態推定手段は、前記呼吸判定手段の判定結果に基づいて、前記第１の閾値及び／又は前記第２の閾値を補正することを特徴とする人体状態判定装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のうち、いずれか１項に記載の人体状態判定装置において、
前記電磁波送信手段は、揮発性硫化物の吸収周波数を含む第２の発信周波数帯域の電磁波を発生して送信し、前記呼気成分変化量計測手段は、前記第２の発信周波数帯域に基づいて、前記計測対象人物の呼気中の揮発性硫化物の含有量を計測し、前記状態推定手段は、呼吸数に基づく所定の計測時間内に前記呼気成分変化量計測手段によって計測された前記揮発性硫化物の含有量の時間変化量と、人の交感神経の作用との相関に基づいて、前記計測対象人物の状態を推定することを特徴とする人体状態判定装置。
【請求項９】
請求項８に記載の人体状態判定装置において、
前記揮発性硫化物は、メチルメルカプタン及び／又は硫化水素であることを特徴とする人体状態判定装置。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９に記載の人体状態判定装置において、
前記状態推定手段は、前記呼気成分変化量計測手段によって計測された前記揮発性硫化物の含有量の時間変化量が、前記相関の有意差に関する所定の第３の閾値に基づく増加の傾向を示す場合には前記計測対象人物の状態が交感神経優位と推定し、前記相関の有意差に関する所定の第４の閾値に基づく減少の傾向を示す場合には前記計測対象人物の状態が副交感神経優位と推定することを特徴とする人体状態判定装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の人体状態判定装置において、
前記状態推定手段は、前記呼気成分変化量計測手段によって計測された前記揮発性硫化物の含有量の時間変化量が、前記第３の閾値に基づく増加の傾向を示す場合には前記計測対象人物の状態が持続性のある交感神経優位と推定し、前記第４の閾値に基づく減少の傾向を示す場合には前記計測対象人物の状態が持続性のある副交感神経優位と推定することを特徴とする人体状態判定装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のうち、いずれか１項に記載の人体状態判定装置において、
車両内部の天井領域であり且つ前記計測対象人物の着座状態脚部から車高方向に延在した位置において、異なる領域に向けて送信方向が固定されるように複数の前記電磁波送信手段を配設しており、当該人体状態判定装置は、前記計測対象人物の呼気領域を含むように、複数の前記電磁波送信手段のうち使用する電磁波送信手段を切り替える切り替え手段を備えることを特徴とする人体状態判定装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の人体状態判定装置において、
前記呼気成分変化量計測手段によって計測された気体成分毎の変化量に基づいて、複数の前記電磁波送信手段のうち呼気を検出している電磁波送信手段を選択し、前記計測対象人物の呼気領域を判定する呼気領域判定手段と、前記呼気領域判定手段の判定結果に基づいて、複数の前記電磁波送信手段の電磁波の送信領域を設定する送信領域設定手段とを備えることを特徴とする人体状態判定装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の人体状態判定装置において、
前記呼気領域判定手段の判定結果に基づいて、呼気物質以外の吸収周波数帯域からなる雑音が検出された場合に、前記電磁波送信手段によって送信する電磁波の発信周波数帯域から当該雑音を含む計測周波数帯域を除外するように制御する周波数制御手段を備えることを特徴とする人体状態判定装置。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４のうち、いずれか１項に記載の人体状態判定装置において、
前記計測対象人物の運動状態を検出する運動状態検出手段を備え、前記状態推定手段は、前記運動状態検出手段によって検出された運動状態に基づいて、前記第１の閾値及び／又は前記第２の閾値を補正することを特徴とする人体状態判定装置。
【請求項１６】
請求項１乃至請求項１５のうち、いずれか１項に記載の人体状態判定装置において、
車両の窓の開閉情報、エアーコンディショナの稼動状態情報、及び、ワイパーの稼動状態情報に基づいて、前記電磁波送信手段によって送信する電磁波の発信周波数帯域を制御する周波数制御手段を備えることを特徴とする人体状態判定装置。
【請求項１７】
電磁波を計測対象人物に対し送信する電磁波送信工程と、
前記電磁波送信工程にて送信されて前記計測対象人物によって反射された電磁波を受信する電磁波受信工程と、
前記電磁波受信工程にて受信した受信信号の振幅値の時間変化に基づいて、前記計測対象人物の呼吸活動を検出する呼吸活動検出工程と、
前記計測対象人物の呼気の気体成分毎の受信信号の振幅値の時間変化に基づいて、気体成分毎の変化量を計測する呼気成分変化量計測工程と、
前記呼吸活動検出工程にて検出された呼吸活動についての前記呼気成分変化量計測工程にて計測された気体成分毎の変化量に基づいて、前記計測対象人物の状態を推定する状態推定工程と
を有することを特徴とする人体状態判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体の肉体及び精神状態を判定する人体状態判定装置及び人体状態判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば車両を運転中の運転者等の肉体及び精神状態を判定することは、車両の安全な運転動作につながる。人体情報を判定する技術としては、特許文献１に記載された居眠り検出装置のように、人体の鼻骨上皮膚温の上昇による交感神経緊張の低下と、咬筋上皮膚温の上昇による入眠時の有意差とに基づいて、居眠りを検出するものが知られている。
【特許文献１】特開平９−１５４８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
運転者をはじめとする車両の乗員は、乗車中の姿勢に変化が生じることが通常である。しかしながら、特許文献１に記載された従来の技術においては、咬筋上皮膚温を計測する必要があるため、交差点やカーブ等で顔向きが変化すると連続的にデータを取得することができず、結果として人体状態を適切に判定することができないことがある。
【０００４】
本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、その目的は、姿勢の変化を最小限として必要なデータを取得し、適切に人体状態を判定することができる人体状態判定装置及び人体状態判定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、送信した電磁波が計測対象人物によって反射され、これを受信すると、受信信号の振幅値の時間変化に基づいて、計測対象人物の呼吸活動を検出するとともに、計測対象人物の呼気の気体成分毎の受信信号の振幅値の時間変化に基づいて、気体成分毎の変化量を計測し、検出した呼吸活動についての計測した気体成分毎の変化量に基づいて、計測対象人物の状態を推定する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、計測対象人物の呼吸を遠隔計測し、その状態に基づいて状態推定を行うことから、必要なデータを取得するための計測対象人物の姿勢の変化が呼吸動作のみと最小限で済み、適切に人体状態を判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の好適な実施形態としての人体状態判定装置について具体的に説明する。
【０００８】
〔第１実施形態〕
〔人体状態判定装置の構成〕
本発明の第１の実施形態となる人体状態判定装置は、計測対象人物の呼気成分の変化量に基づいて計測対象人物の状態を判定する。
【０００９】
本発明の第１の実施形態となる人体状態判定装置は、呼気成分の変化を求めるために、０．１ＴＨｚ〜３ＴＨｚ帯からなるテラヘルツ帯の電磁波（以下、テラヘルツ波という。）を利用する。テラヘルツ波は、水蒸気による減衰が顕著に現れるが、その吸収周波数帯域は、１００ＭＨｚ〜１００ＧＨｚ帯程度（中心周波数に対して０．０１％〜１０％程度）と狭帯域であり、他の気体中の吸収や散乱等の影響を受けにくいという性質がある。従って、テラヘルツ波を利用することにより呼気中に含まれる水蒸気を検出することができる。
【００１０】
呼気中の水蒸気量は、人体の体温で湿度１００％の状態が保持されることから、水蒸気量は１回あたりの呼吸の換気量に比例するといえる。生理学における交感神経（ストレスや緊張や攻撃的な態勢に整えるための自律神経）優位時には、気管拡張と呼吸の換気量の増大とが起こることが知られている。従って、呼吸の換気量を計測することにより計測対象人物の負荷状態を推定することができる。
【００１１】
計測対象人物から反射されてきた電磁波に対し周波数解析を行うことにより、水蒸気の吸収周波数帯域の振幅値と水蒸気の吸収周波数帯域以外の周波数帯域の振幅値との比率を求める。これは、テラヘルツ波を反射系で使用した際に、反射物の反射率や表面での水分（液体）による吸収によって振幅強度が低くなることによる影響を低減するためである。この場合においても、上述した水蒸気による減衰帯域が狭いことから、水蒸気の吸収周波数帯域の振幅値と水蒸気の吸収周波数帯域以外の周波数帯域の振幅値との比率を用いることにより、水蒸気量の変化を高精度に検出することができる。
【００１２】
本発明の第１の実施形態となる人体状態判定装置は、このような原理に基づいて、テラヘルツ波を発生して計測対象人物に対して送信し、その反射波形を解析することにより、計測対象人物の状態を判定する。テラヘルツ波の発生及び送受信系は、いわゆる光注入テラヘルツ波パラメトリック発生器を用いる。
【００１３】
具体的には、本発明の第１の実施形態となる人体状態判定装置は、図１に示すように、電磁波を発生する電磁波送信手段としての電磁波発生器１０１と、この電磁波発生器１０１によって発生された電磁波を計測対象人物Ｍに対して送信する電磁波送信手段としての送信器１０２と、計測対象人物Ｍによって反射された電磁波を受信する電磁波受信手段としての受信器１０３と、電磁波発生器１０１によって発生される電磁波の周波数を制御する周波数制御部１０４と、受信器１０３によって受信した受信信号に対して周波数解析を施す周波数解析部１０５と、この周波数解析部１０５による周波数解析結果に基づいて受信信号の振幅値の時間変化を検出する呼吸活動検出手段としての時間変化検出部１０６と、計測対象人物Ｍの呼吸状態を計測する呼気成分変化量計測手段としての呼吸状態計測部１０７と、計測対象人物Ｍの負荷状態を推定する状態推定手段としての負荷推定部１０８とを備える。
【００１４】
電磁波発生器１０１は、周波数制御部１０４によって指示された周波数、すなわち、呼吸活動の気体成分毎の吸収周波数を含む発信周波数帯域の電磁波を発生する。具体的には、電磁波発生器１０１は、近赤外光を用いたＱスイッチ動作Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（波長：１．０６４μｍ）光源と波長可変半導体レーザ（波長：１．０６６μｍ〜１．０７５μｍ）光源とを用いて、単一縦モード周波数の電磁波を発生するように構成することができる。この電磁波発生器１０１によって発生された電磁波は、送信器１０２に供給される。
【００１５】
送信器１０２は、電磁波発生器１０１によって発生された電磁波をテラヘルツ波として計測対象人物Ｍに対して送信する。具体的には、送信器１０２は、「川瀬他、“テラフォトニクス光源−波長可変ＴＨｚ波の発生と応用可能性−”応用物理２００２年２月号解説」に記載されているように、ＭｇＯ；ＬｉＮｂ０３光導波路等の非線形光学結晶と、この非線形光学結晶上に設けられたレンズ系とからなる光注入型テラヘルツ波パラメトリック発生器を用いて構成することができる。
【００１６】
電磁波発生器１０１を構成する２つのレーザ光源のうち、Ｑスイッチ動作Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光源からのレーザ光源からのアイドラ光と、波長可変半導体レーザ光源からのポンプ光と、送信器１０２によって送信する送信テラヘルツ波光の光学系との関係は、ノンコリニア位相整合条件を満たし、送信器１０２は、パラメトリック波数ベクトル方向に送信テラヘルツ波を発生する。またレンズ系は、計測対象人物Ｍの頭部を含む領域へ向けて送信テラヘルツ波を照射し、ビーム径が１ｍ離れた地点で１００ｍｍφ程度となるように調整する。なお、レンズとしては、例えば、非線形光学結晶上に配設されたＳｉ製プリズムアレイと、ポリメチルペンテン製シリンドリカルレンズとを用いて構成することができる。この送信器１０２によって送信された送信テラヘルツ波は、計測対象人物Ｍへと到達する。
【００１７】
受信器１０３は、送信器１０２から送信されて計測対象人物Ｍによって反射された電磁波を受信する。具体的には、受信器１０３は、焦電素子のＤＴＧＳ結晶（Deuterated Triglycine Sulfate）を主成分とする検出器を用い、他波長域の遮断フィルタと集光系とを検出器の前部に配設して構成することができる。この受信器１０３によって受信された電磁波からなる受信信号は、周波数解析部１０５に供給される。
【００１８】
周波数制御部１０４は、周波数解析部１０５から供給される指示信号に基づいて、電磁波発生器１０１を構成する波長可変半導体レーザ光源から発振される電磁波の発振波長を制御することにより、電磁波発生器１０１によって発生される電磁波の周波数を制御する。すなわち、周波数制御部１０４は、呼吸活動の気体成分毎、ここでは水蒸気の吸収周波数を含む発信周波数帯域の電磁波を電磁波発生器１０１及び送信器１０２によって送信するように制御する。
【００１９】
周波数解析部１０５は、増幅器、Ａ／Ｄコンバータ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、及びメモリ等から構成され、受信器１０３によって受信した受信信号の信号波形を取得して周波数解析を行う。そして、周波数解析部１０５は、呼吸に関する情報を取得するために、水蒸気の吸収周波数（例えば１．２ＴＨｚ付近）の振幅値と、水蒸気以外の吸収周波数（例えば１．３ＴＨｚ付近）の振幅値との比率を算出する。周波数解析部１０５は、算出した比率を示す情報を、時間変化検出部１０６及び呼吸状態計測部１０７に供給する。また周波数解析部１０５は、解析に利用する周波数帯域を示す情報を、周波数制御部１０４に供給する。
【００２０】
時間変化検出部１０６は、ＣＰＵやメモリ等から構成され、周波数解析部１０５による周波数解析結果に基づいて、受信信号の振幅値の時間変化を検出する。そして時間変化検出部１０６は、検出した時間変化に基づいて、計測対象人物Ｍの呼吸周期に関する値（例えば１秒±５０％）の周期以上で、受信信号の振幅値が変化するか否かを計測することにより、計測対象人物Ｍの呼吸活動の有無を検出する。時間変化検出部１０６は、計測対象人物Ｍが呼吸を行っている旨を検出すると、その旨を示す情報を負荷推定部１０８に供給する。
【００２１】
呼吸状態計測部１０７は、ＣＰＵやメモリ等から構成され、例えば図２に示すように、周波数解析部１０５による周波数解析結果に基づいて、計測対象人物Ｍの呼気の気体成分毎の含有量の増減の傾向を算出する。すなわち呼吸状態計測部１０７は、呼吸に関する所定周期内の最小振幅値を求めてその値を保存し、その最小振幅値の時間変化に基づいて、水蒸気量（呼吸の換気量）の増減の傾向を算出する。より具体的には、呼吸状態計測部１０７は、例えば１０呼吸といった呼吸周期の定数倍を計測時間領域とし、その計測時間領域内での最小振幅値の変化を計測し、最小二乗法等の統計処理による補正と時間微分とを用いて、計測時間領域の開始と終了とにおける呼吸の換気量の変化量の割合を算出する。呼吸状態計測部１０７は、算出した割合を示す情報を負荷推定部１０８に供給する。
【００２２】
負荷推定部１０８は、ＣＰＵやメモリ等から構成され、例えば図３中Ａに示すように、時間変化検出部１０６及び呼吸状態計測部１０７のそれぞれの出力に基づいて、計測対象人物Ｍの呼吸を検出し且つ呼吸の換気量の変化量の割合が例えば１０％以上の増加である旨を検出した場合には、交感神経優位にともなう１回あたりの換気量の増加傾向状態であると推定し、当該計測対象人物Ｍがストレス負荷傾向にあると推定する。また、負荷推定部１０８は、例えば図３中Ｂに示すように、計測対象人物Ｍの呼吸を検出し且つ呼吸の換気量の変化量の割合が例えば１０％以上の減少である旨を検出した場合には、副交感神経優位にともなう１回あたりの換気量の減少傾向状態であると推定し、当該計測対象人物Ｍがリラックス傾向にあると推定する。負荷推定部１０８は、推定した負荷状態を示す情報を外部に出力する。
【００２３】
〔人体状態判定装置の動作〕
このような各部を備える人体状態判定装置は、図４に示すような一連の手順にしたがって、計測対象人物Ｍの状態を判定する。
【００２４】
まず、人体状態判定装置は、図４に示すように、ステップＳ１において、電磁波発生器１０１によって電磁波を発生させて送信器１０２に入射し、テラヘルツ波を計測対象人物Ｍに照射する。続いて、人体状態判定装置は、ステップＳ２において、計測対象人物Ｍによって反射された電磁波を受信器１０３によって受信すると、その受信信号を周波数解析部１０５に供給する。周波数解析部１０５は、受信信号を検波した際に、解析に利用する周波数帯域を示す情報を周波数制御部１０４に供給する。また、周波数解析部１０５は、受信信号の周波数解析を行い、その周波数特性を計測する。そして人体状態判定装置は、ステップＳ３において、計測対象人物Ｍによる電磁波の反射状態の影響を低減するために、周波数解析部１０５により、水蒸気の吸収周波数帯域と、減衰量が生じない水蒸気以外の吸収周波数帯域との振幅比を算出する。
【００２５】
ここで、人体状態判定装置は、ステップＳ４において、図示しないタイマ等の計時手段によって計時した結果、所定の計測時間を経過していない場合には、ステップＳ１からの処理を繰り返し行う一方で、計測時間を経過した場合には、ステップＳ５へと処理を移行する。人体状態判定装置は、ステップＳ５へと処理を移行すると、時間変化検出部１０６により、ステップＳ３にて算出された振幅比の時間変化が所定周期以上で行われているか否かを検出する。ここで、人体状態判定装置は、振幅比の時間変化が所定周期以上で行われていない旨を検出した場合には、そのまま一連の処理を終了する一方で、振幅比の時間変化が所定周期以上で行われている旨を検出した場合には、計測対象人物Ｍが呼吸を行っているものと判定し、ステップＳ６へと処理を移行する。
【００２６】
人体状態判定装置は、ステップＳ６において、時間変化検出部１０６により、振幅比の時間変化に基づいて呼吸の周期を算出し、計測対象人物Ｍが呼吸を行っている旨とその呼吸周期とを示す情報を負荷推定部１０８に供給する。続いて、人体状態判定装置は、ステップＳ７において、呼吸状態計測部１０７により、例えば１０呼吸分として１０秒といった所定周期内の最小振幅値の変化傾向を所定の統計手法を用いて求め、その最小振幅値の時間変化に基づいて、呼吸の換気量の変化量の割合が±１０％以内であるか否かを判定する。
【００２７】
人体状態判定装置は、呼吸の換気量の変化量の割合が±１０％未満である場合には、計測対象人物Ｍの状態が通常状態であるものと判定し、そのまま一連の処理を終了する。一方、人体状態判定装置は、呼吸の換気量の変化量の割合が±１０％以上である場合には、ステップＳ８において、負荷状態推定部１０８により、時間変化検出部１０６及び呼吸状態計測部１０７の出力に基づいて、計測対象人物Ｍの負荷状態を推定し、その推定結果を外部に出力して一連の処理を終了する。すなわち、負荷状態推定部１０８は、計測対象人物Ｍの呼吸を検出し且つ呼吸の換気量の変化量の割合が１０％以上の増加傾向にある旨を検出した場合には、当該計測対象人物Ｍの状態が、交感神経優位にともなうストレス負荷傾向にあると推定する。また、負荷状態推定部１０８は、計測対象人物Ｍの呼吸を検出し且つ呼吸の換気量の変化量の割合が１０％以上の減少傾向にある旨を検出した場合には、当該計測対象人物Ｍの状態が、副交感神経優位にともなうリラックス傾向にあると推定する。
【００２８】
人体状態判定装置は、このような一連の手順にしたがって、計測対象人物Ｍの状態を適切に判定することができる。なお、０．１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの周波数帯域には、水蒸気の吸収周波数帯域が複数存在することから、人体状態判定装置においては、周波数解析部１０５による解析の際に複数の吸収周波数帯域を設定することにより、解析対象とする周波数帯域幅を拡大し、より高精度に計測対象人物Ｍの状態を判定することができる。また、人体状態判定装置において、電磁波発生器１０１、送信器１０２及び受信器１０３からなるテラヘルツ波の発生及び送受信系は、上述した光注入テラヘルツ波パラメトリック発生器に限らず、テラヘルツ波帯に相当する単パルスを送信する原理であるテラヘルツ波時間分光法（ＴＨｚ−ＴＳＤ）を用い、実時間計測と周波数解析とによる手法を適用するようにしてもよい。
【００２９】
以上詳細に説明したように、本発明の第１実施形態として示した人体状態判定装置においては、電磁波発生器１０１及び送信器１０２を用いて送信されて計測対象人物Ｍによって反射した電磁波を受信器１０３によって受信すると、受信信号の振幅値の時間変化に基づいて、時間変化検出部１０６によって計測対象人物Ｍの呼吸活動を検出するとともに、計測対象人物Ｍの呼気の気体成分毎の受信信号の振幅値の時間変化に基づいて、呼吸状態計測部１０７によって気体成分毎の変化量を計測し、検出した呼吸活動についての計測した気体成分毎の変化量に基づいて、計測対象人物Ｍの状態を負荷推定部１０８によって推定する。これにより、この人体状態判定装置においては、計測対象人物Ｍの呼吸を遠隔計測し、その状態に基づいて状態推定を行うことから、必要なデータを取得するための計測対象人物Ｍの姿勢の変化が呼吸動作のみと最小限で済み、適切に計測対象人物Ｍの状態を判定することができる。
【００３０】
また、この人体状態判定装置においては、電磁波発生器１０１及び送信器１０２を用いて、水蒸気の吸収周波数を含む発信周波数帯域の電磁波を発生して送信し、その発信周波数帯域に基づいて、計測対象人物Ｍの呼気中の水蒸気の含有量を呼吸状態計測部１０７によって計測し、呼吸数に基づく所定の計測時間内に呼吸状態計測部１０７によって計測された水蒸気の含有量の時間変化量と、人の交感神経の作用との相関に基づいて、計測対象人物Ｍの状態を負荷推定部１０８によって推定する。このように、この人体状態判定装置においては、呼気中の水蒸気の含有量の変化に基づいて交感神経優位の是非を推定することができ、過度なリラックス状態、すなわち、入眠傾向の是非を判定することができる。
【００３１】
さらにこの人体状態判定装置においては、呼吸状態計測部１０７により、水蒸気の吸収周波数帯域と水蒸気の吸収周波数帯域以外の周波数帯域との振幅比に基づいて、計測対象人物Ｍの呼気中の水蒸気の含有量を計測することから、反射物の反射率等による振幅強度の低下の影響を低減することができ、水蒸気の含有量の変化を高精度に検出することができる。
【００３２】
さらにまたこの人体状態判定装置において、負荷推定部１０８は、呼吸状態計測部１０７によって計測された水蒸気の含有量の時間変化量が、相関の有意差に関する所定の第１の閾値に基づく増加の傾向を示す場合には計測対象人物Ｍの状態が交感神経優位と推定し、相関の有意差に関する所定の第２の閾値に基づく減少の傾向を示す場合には計測対象人物Ｍの状態が副交感神経優位と推定する。このように、この人体状態判定装置においては、閾値に基づく推定を行うことにより、定量的に計測対象人物Ｍの状態を判定することができる。
【００３３】
〔第２実施形態〕
本発明の第２の実施形態となる人体状態判定装置は、第１実施形態として示した人体状態判定装置を改良し、水蒸気量に基づく呼吸状態の計測に加え、口腔状態の計測も行うものである。従って本実施形態では、第１実施形態にて説明した部位と同一部位については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３４】
〔人体状態判定装置の構成〕
テラヘルツ波は、水蒸気と同様に、揮発性硫化物（気体）によっても周波数帯域で狭い減衰特性が得られる。この揮発性硫化物は、口臭の原因となる物質のひとつであり、口臭は、交感神経優位にともなう唾液分泌量の減少と相関がある。すなわち、口腔内の揮発性硫化物の発生は、唾液分泌量の減少が持続することによって生じる。従って、人体状態判定装置においては、呼吸の換気量による交感神経優位の計測とは異なり、唾液分泌量の減少が持続性を有するか否かに基づいて、計測対象人物Ｍの負荷状態が持続性のあるものであるか否かを推定することができる。
【００３５】
本発明の第２の実施形態となる人体状態判定装置は、このような原理に基づいて、計測対象人物Ｍの状態を判定する。具体的には、人体状態判定装置は、図５に示すように、上述した電磁波発生器１０１、送信器１０２、受信器１０３、周波数制御部１０４、周波数解析部１０５、時間変化検出部１０６、及び呼吸状態計測部１０７の他に、計測対象人物Ｍの負荷状態を推定する負荷推定部２０８と、計測対象人物Ｍの口腔状態を計測する呼気成分変化量計測手段としての口腔状態計測部２０９とを備える。すなわち人体状態判定装置は、第１の実施形態となる体状態判定装置における負荷推定部１０８に代えて負荷推定部２０８を備えると共に、新たに口腔状態計測部２０９を追加した構成とされる。
【００３６】
口腔状態計測部２０９は、ＣＰＵやメモリ等から構成され、例えば図６に示すように、周波数解析部１０５による周波数解析結果に基づいて、メチルメルカプタンや硫化水素等の揮発性硫化物の所定の周波数特性を検出する。例えば硫化水素は、０．８５ＴＨｚや０．９２ＴＨｚ付近で吸収ピークを有することから、周波数解析部１０５による解析の際に当該吸収周波数帯域を設定し、口腔状態計測部２０９により、揮発性硫化物に関する所定周期内の最小振幅値を求めてその値を保存し、その最小振幅値の時間変化に基づいて、口腔内の唾液分泌量と相関がある揮発性硫化物量の増減の傾向を算出する。具体的には、口腔状態計測部２０９は、上述した呼吸周期の定数倍を計測時間領域とし、その計測時間領域内での揮発性硫化物の吸収周波数帯域での最小振幅値の変化を計測し、最小二乗法等の統計処理による補正と時間微分とを用いて、計測時間領域の開始と終了とにおける唾液分泌量の変化量の割合を算出する。口腔状態計測部２０９は、算出した割合を示す情報を負荷推定部２０８に供給する。
【００３７】
負荷推定部２０８は、ＣＰＵやメモリ等から構成され、上述した負荷推定部１０８と同様に、時間変化検出部１０６及び呼吸状態計測部１０７のそれぞれの出力に基づいて、計測対象人物Ｍの呼吸を検出し且つ呼吸の換気量の変化量の割合が例えば１０％以上の増加である旨を検出した場合には、交感神経優位にともなう１回あたりの換気量の増加傾向状態であると推定し、当該計測対象人物Ｍがストレス負荷傾向にあると推定する。また、負荷推定部２０８は、計測対象人物Ｍの呼吸を検出し且つ呼吸の換気量の変化量の割合が例えば１０％以上の減少である旨を検出した場合には、副交感神経優位にともなう１回あたりの換気量の減少傾向状態であると推定し、当該計測対象人物Ｍがリラックス傾向にあると推定する。これに加え、負荷推定部２０８は、例えば図７中Ａに示すように、口腔状態計測部２０９の出力に基づいて、唾液分泌量の変化量の割合が例えば１０％以上の増加である旨を検出した場合には、計測対象人物Ｍが交感神経優位にともなう持続性のあるストレス負荷傾向にあると推定する。また、負荷推定部２０８は、例えば図７中Ｂに示すように、唾液分泌量の変化量の割合が例えば１０％以上の減少である旨を検出した場合には、当該計測対象人物Ｍが副交感神経優位にともなう持続性のあるリラックス傾向にあると推定する。負荷推定部２０８は、推定した負荷状態を示す情報を外部に出力する。
【００３８】
〔人体状態判定装置の動作〕
このような各部を備える人体状態判定装置は、図８に示すような一連の手順にしたがって、計測対象人物Ｍの状態を判定する。
【００３９】
まず、人体状態判定装置は、図８に示すように、ステップＳ１１において、図４中ステップＳ１乃至ステップＳ６と同様の処理を行う。このとき、人体状態判定装置は、ステップＳ３に相当する処理として、周波数解析部１０５により、水蒸気の吸収周波数帯域と、減衰量が生じない水蒸気以外の吸収周波数帯域との振幅比を算出するとともに、揮発性硫化物の吸収周波数帯域と、減衰量が生じない揮発性硫化物以外の吸収周波数帯域との振幅比を算出する。そして人体状態判定装置は、ステップＳ１２において、呼吸状態計測部１０７により、水蒸気の吸収に関する判定を行う。すなわち、呼吸状態計測部１０７は、図４中ステップＳ７と同様に、所定周期内の最小振幅値の変化傾向を所定の統計手法を用いて求め、その最小振幅値の時間変化に基づいて、呼吸の換気量の変化量の割合が±１０％以内であるか否かを判定する。
【００４０】
人体状態判定装置は、呼吸の換気量の変化量の割合が±１０％未満である場合には、計測対象人物Ｍの状態が通常状態であるものと判定し、そのまま一連の処理を終了する。一方、人体状態判定装置は、呼吸の換気量の変化量の割合が±１０％以上である場合には、ステップＳ１３において、負荷状態推定部２０８により、時間変化検出部１０６及び呼吸状態計測部１０７の出力に基づいて、計測対象人物Ｍの負荷状態を推定し、その推定結果を外部に出力して一連の処理を終了する。すなわち、負荷状態推定部２０８は、計測対象人物Ｍの呼吸を検出し且つ呼吸の換気量の変化量の割合が１０％以上の増加傾向にある旨を検出した場合には、当該計測対象人物Ｍの状態が、交感神経優位にともなうストレス負荷傾向にあると推定する。また、負荷状態推定部２０８は、計測対象人物Ｍの呼吸を検出し且つ呼吸の換気量の変化量の割合が１０％以上の減少傾向にある旨を検出した場合には、当該計測対象人物Ｍの状態が、副交感神経優位にともなうリラックス傾向にあると推定する。さらに人体状態判定装置は、ステップＳ１４において、口腔状態計測部２０９により、揮発性硫化物の吸収に関する判定を行う。すなわち、口腔状態計測部２０９は、所定周期内の最小振幅値の変化傾向を所定の統計手法を用いて求め、その最小振幅値の時間変化に基づいて、唾液分泌量の変化量の割合が±１０％以内であるか否かを判定する。
【００４１】
人体状態判定装置は、唾液分泌量の変化量の割合が±１０％未満である場合には、ステップＳ１３にて判定された計測対象人物Ｍの状態が持続性のないものであると判定し、そのまま一連の処理を終了する。一方、人体状態判定装置は、唾液分泌量の変化量の割合が±１０％以上である場合には、ステップＳ１５において、負荷状態推定部２０８により、時間変化検出部１０６及び口腔状態計測部２０９の出力に基づいて、計測対象人物Ｍの負荷状態を推定し、その推定結果を外部に出力して一連の処理を終了する。すなわち、負荷状態推定部２０８は、唾液分泌量の変化量の割合が例えば１０％以上の増加傾向にある旨を検出した場合には、計測対象人物Ｍの交感神経優位にともなうストレス負荷傾向が持続性のあるものと推定する。また、負荷状態推定部２０８は、唾液分泌量の変化量の割合が例えば１０％以上の減少傾向にある旨を検出した場合には、計測対象人物Ｍの副交感神経優位にともなうリラックス傾向が持続性のあるものと推定する。
【００４２】
人体状態判定装置は、このような一連の手順にしたがって、計測対象人物Ｍの状態を適切に判定することができる。
【００４３】
以上詳細に説明したように、本発明の第２実施形態となる人体状態判定装置においては、電磁波発生器１０１及び送信器１０２を用いて、揮発性硫化物の吸収周波数を含む発信周波数帯域の電磁波を発生して送信し、その発信周波数帯域に基づいて、計測対象人物Ｍの呼気中の揮発性硫化物の含有量を口腔状態計測部２０９によって計測し、呼吸数に基づく所定の計測時間内に口腔状態計測部２０９によって計測された揮発性硫化物の含有量の時間変化量と、人の交感神経の作用との相関に基づいて、計測対象人物Ｍの状態を負荷推定部２０８によって推定する。このように、この人体状態判定装置においては、呼気中の揮発性硫化物を検出することにより、特徴量を増やしてより高精度に計測対象人物Ｍの状態を判定することができる。特に、この人体状態判定装置においては、検出する揮発性硫化物をメチルメルカプタン及び／又は硫化水素に限定することにより、不要に広い周波数帯域を処理対象とすることがなくなる。
【００４４】
またこの人体状態判定装置において負荷推定部２０８は、口腔状態計測部２０９によって計測された揮発性硫化物の含有量の時間変化量が、相関の有意差に関する所定の第３の閾値に基づく増加の傾向を示す場合には計測対象人物Ｍの状態が交感神経優位と推定し、相関の有意差に関する所定の第４の閾値に基づく減少の傾向を示す場合には計測対象人物Ｍの状態が副交感神経優位と推定する。このように、この人体状態判定装置においては、閾値に基づく推定を行うことにより、定量的に計測対象人物Ｍの状態を判定することができる。
【００４５】
さらに揮発硫化物はストレス状態が持続すると発生する。そのため、この人体状態判定装置において、負荷推定部２０８は、口腔状態計測部２０９によって計測された揮発性硫化物の含有量の時間変化量が、相関の有意差に関する所定の第３の閾値に基づく増加の傾向を示す場合には計測対象人物Ｍの状態が持続性のある交感神経優位と推定し、相関の有意差に関する所定の第４の閾値に基づく減少の傾向を示す場合には計測対象人物Ｍの状態が持続性のある副交感神経優位と推定することができ、持続性のあるストレス状態を効率よく判定することができる。
【００４６】
〔第３の実施形態〕
本発明の第３の実施形態となる人体状態判定装置は、第１実施形態及び第２実施形態として示した人体状態判定装置を改良し、計測対象人物周囲の大気状態に基づいて、計測対象人物の状態を判定するための閾値を補正するようにしたものである。従って本実施形態においては、第１実施形態及び第２実施形態にて説明した部位と同一部位については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４７】
〔人体状態判定装置の構成〕
人体状態判定装置を車両に搭載した場合を考える。通常、車室内の空気は、３５℃近傍にないことから、計測対象人物Ｍの口付近で呼気中の水蒸気成分を遠隔計測すると、その呼吸の換気量に応じた差異が生じるため、第１及び第２の実施形態にて説明した方法によって計測対象人物Ｍの状態を判定することができる。しかしながら、人体状態判定装置においては、乾季や雨季等の場合には湿度の影響を大きく受けることが予想される。例えば雨季の場合には、もともと周囲環境の湿度が高いことから、呼気による水蒸気の湿度変化は乾季に比べて小さい。また、雨季の場合には、湿度の変動が大きくないことから、人体状態判定装置においては、計測対象人物Ｍの状態を判定するための閾値である呼吸の換気量の変化量の割合を小さくした方が、より高精度に計測することができるといえる。一方、乾季の場合には、湿度の変動要因が大きいことから、人体状態判定装置においては、計測対象人物Ｍの状態を判定するための閾値を高めに設定するのが望ましいといえる。
【００４８】
本発明の第３の実施形態となる人体状態判定装置は、このような周囲環境の湿度の影響を考慮した補正を行うことにより、湿度の影響の低減を図るものである。具体的には、人体状態判定装置は、図９に示すように、上述した電磁波発生器１０１、送信器１０２、受信器１０３、周波数制御部１０４、周波数解析部１０５、時間変化検出部１０６、呼吸状態計測部１０７、及び口腔状態計測部２０９の他に、計測対象人物Ｍの負荷状態を推定する負荷推定部３０８と、計測対象人物Ｍの周囲の相対湿度を計測する大気状態計測手段としての湿度計測部３１０とを備える。すなわち、人体状態判定装置は、第２の実施形態となる人体状態判定装置における負荷推定部２０８に代えて負荷推定部３０８を備えるとともに、新たに湿度計測部３１０を追加した構成とされる。
【００４９】
湿度計測部３１０は、例えば、高分子膜、電極部、及び駆動回路等からなる湿度計と、Ａ／Ｄコンバータ、ＣＰＵ、及びメモリ等からなる湿度処理手段とから構成され、計測対象人物Ｍの周囲の相対湿度を計測する。湿度計測部３１０は、計測した湿度情報を負荷推定部３０８に供給する。
【００５０】
負荷推定部３０８は、ＣＰＵやメモリ等から構成され、上述した負荷推定部２０８と同様に、時間変化検出部１０６及び呼吸状態計測部１０７並びに口腔状態計測部２０９のそれぞれの出力に基づいて、計測対象人物Ｍの負荷状態を推定する。このとき、負荷推定部３０８は、時間変化検出部１０６及び呼吸状態計測部１０７のそれぞれの出力に基づいて、計測対象人物Ｍの負荷状態を推定する際に、計測対象人物Ｍの状態を判定するための閾値である呼吸の換気量の変化量の割合を１０％と固定値にするのではなく、湿度計測部３１０によって計測された相対湿度に基づいて補正した値とする。例えば、負荷推定部３０８は、飽和水蒸気量に関する簡素化した式を用いて、閾値としての呼吸の換気量の変化量の割合Ｈｔを次式（１）によって補正する。なお、次式（１）におけるＲＨは、相対湿度である。
【数１】
2010012018.tif 000003
【００５１】
すなわち、負荷推定部３０８は、計測対象人物Ｍの呼吸を検出し且つ呼吸の換気量の変化量の割合がＨｔ％以上の増加である旨を検出した場合には、交感神経優位にともなう１回あたりの換気量の増加傾向状態であると推定し、当該計測対象人物Ｍがストレス負荷傾向にあると推定する。また、負荷推定部３０８は、計測対象人物Ｍの呼吸を検出し且つ呼吸の換気量の変化量の割合がＨｔ％以上の減少である旨を検出した場合には、副交感神経優位にともなう１回あたりの換気量の減少傾向状態であると推定し、当該計測対象人物Ｍがリラックス傾向にあると推定する。負荷推定部３０８は、推定した負荷状態を示す情報を外部に出力する。
【００５２】
〔人体状態判定装置の動作〕
このような各部を備える人体状態判定装置は、図１０に示すような一連の手順にしたがって、計測対象人物Ｍの状態を判定する。
【００５３】
まず、人体状態判定装置は、図１０に示すように、ステップＳ２１において、図４中ステップＳ１乃至ステップＳ６と同様の処理を行う。続いて、人体状態判定装置は、ステップＳ２２において、湿度計測部３１０によって計測対象人物Ｍの周囲の相対湿度を計測した上で、ステップＳ２３において、呼吸状態計測部１０７により、水蒸気の吸収に関する判定を行う。すなわち、呼吸状態計測部１０７は、所定周期内の最小振幅値の変化傾向を所定の統計手法を用いて求め、その最小振幅値の時間変化に基づいて、呼吸の換気量の変化量の割合がステップＳ２２にて計測された湿度に基づいて補正された閾値である±Ｈｔ％以内であるか否かを判定する。
【００５４】
人体状態判定装置は、呼吸の換気量の変化量の割合が±Ｈｔ％未満である場合には、計測対象人物Ｍの状態が通常状態であるものと判定し、そのまま一連の処理を終了する。一方、人体状態判定装置は、呼吸の換気量の変化量の割合が±Ｈｔ％以上である場合には、ステップＳ２４において、負荷状態推定部３０８により、時間変化検出部１０６及び呼吸状態計測部１０７の出力に基づいて、計測対象人物Ｍの負荷状態を推定し、その推定結果を外部に出力して一連の処理を終了する。すなわち、負荷状態推定部３０８は、計測対象人物Ｍの呼吸を検出し且つ呼吸の換気量の変化量の割合がＨｔ％以上の増加傾向にある旨を検出した場合には、当該計測対象人物Ｍの状態が、交感神経優位にともなうストレス負荷傾向にあると推定する。また、負荷状態推定部３０８は、計測対象人物Ｍの呼吸を検出し且つ呼吸の換気量の変化量の割合がＨｔ％以上の減少傾向にある旨を検出した場合には、当該計測対象人物Ｍの状態が、副交感神経優位にともなうリラックス傾向にあると推定する。
【００５５】
人体状態判定装置は、ステップＳ２５において、口腔状態計測部２０９により、揮発性硫化物の吸収に関する判定を行う。すなわち、口腔状態計測部２０９は、所定周期内の最小振幅値の変化傾向を所定の統計手法を用いて求め、その最小振幅値の時間変化に基づいて、唾液分泌量の変化量の割合が±１０％以内であるか否かを判定する。なお、計測対象人物Ｍの周囲の相対湿度は、呼吸の換気量のみに影響することから、ここでの閾値、すなわち、唾液分泌量の変化量の割合は、±１０％のような固定値とする。
【００５６】
人体状態判定装置は、唾液分泌量の変化量の割合が±１０％未満である場合には、ステップＳ２４にて判定された計測対象人物Ｍの状態が持続性のないものであると判定し、そのまま一連の処理を終了する。一方、人体状態判定装置は、唾液分泌量の変化量の割合が±１０％以上である場合には、ステップＳ２６において、負荷状態推定部３０８により、時間変化検出部１０６及び口腔状態計測部２０９の出力に基づいて、計測対象人物Ｍの負荷状態を推定し、その推定結果を外部に出力して一連の処理を終了する。すなわち、負荷状態推定部３０８は、唾液分泌量の変化量の割合が例えば１０％以上の増加傾向にある旨を検出した場合には、計測対象人物Ｍの交感神経優位にともなうストレス負荷傾向が持続性のあるものと推定する。また、負荷状態推定部３０８は、唾液分泌量の変化量の割合が例えば１０％以上の減少傾向にある旨を検出した場合には、計測対象人物Ｍの副交感神経優位にともなうリラックス傾向が持続性のあるものと推定する。
【００５７】
人体状態判定装置は、このような一連の手順にしたがって、計測対象人物Ｍの周囲の相対湿度の影響を低減し、当該計測対象人物Ｍの状態を高精度に判定することができる。なお、人体状態判定装置においては、周囲環境の湿度のみならず温度を加味して閾値を補正するようにしてもよく、これにより、例えば日光が照射することに起因する計測対象人物Ｍの体表面の温度変化によって生じる誤差の影響を低減することができ、より高精度に計測対象人物Ｍの状態を判定することができる。
【００５８】
以上詳細に説明したように、本発明の第３の実施形態となる人体状態判定装置においては、計測対象人物Ｍの周囲の大気状態、具体的には、計測対象人物Ｍの周囲の相対湿度を湿度検出部３１０によって計測し、計測した相対湿度に基づいて、負荷推定部３０８による判定の際に閾値を補正することにより、同じ呼気でも変化量に差がある場合に、高精度に計測対象人物Ｍの状態を判定することができる。
【００５９】
〔第４の実施形態〕
本発明の第４の実施形態となる人体状態判定装置は、第１乃至第３の実施形態として示した人体状態判定装置を改良し、鼻呼吸と口呼吸との別に基づいて、計測対象人物の状態を判定するための閾値である呼吸の換気量の変化量の割合を補正するようにしたものである。従って本実施形態においては、第１乃至第３の実施形態にて説明した部位と同一部位については同一符号を付し、その詳細な説明を省略するものとする。
【００６０】
〔人体状態判定装置の構成〕
呼吸には鼻呼吸と口呼吸とがあるが、鼻呼吸の場合には、鼻腔による水蒸気の吸収が起こる。呼吸の深さによる減衰量が変化することから、人体状態判定装置においては、計測対象人物Ｍの状態を判定するための閾値である呼吸の換気量の変化量の割合を補正することにより、より高精度に計測することができるといえる。本発明の第４実施形態となる人体状態判定装置は、このような鼻呼吸と口呼吸との別を考慮した補正を行うものである。具体的には、人体状態判定装置は、図１１に示すように、上述した電磁波発生器１０１、送信器１０２、受信器１０３、周波数制御部１０４、周波数解析部１０５、時間変化検出部１０６、呼吸状態計測部１０７、口腔状態計測部２０９、及び湿度計測部３１０の他に、計測対象人物Ｍの負荷状態を推定する負荷推定部４０８と、計測対象人物Ｍが開口した呼吸（口呼吸）を行っているか否かを判定する呼吸判定手段としての開口判定部４１１とを備える。すなわち、人体状態判定装置は、第３実施形態として示した人体状態判定装置における負荷推定部３０８に代えて負荷推定部４０８を備えるとともに、新たに開口判定部４１１を追加した構成とされる。
【００６１】
開口判定部４１１は、時間変化検出部１０６によって検出された水蒸気量の推定に関する受信信号の振幅値の時間変化が例えば３０％以上の変化を呈するものであった場合には、計測対象人物Ｍが閉口状態から開口状態へと、又は、開口状態から閉口状態へと変化したものと判定する。すなわち、開口判定部４１１は、計測対象人物Ｍの呼吸が、鼻呼吸から口呼吸へと、又は、口呼吸から鼻呼吸へと変化したものと判定する。開口判定部４１１は、判定結果を示す情報を負荷推定部４０８に供給する。
【００６２】
負荷推定部４０８は、ＣＰＵやメモリ等から構成され、上述した負荷推定部３０８と同様に、時間変化検出部１０６及び呼吸状態計測部１０７並びに口腔状態計測部２０９のそれぞれの出力に基づいて、計測対象人物Ｍの負荷状態を推定する。このとき、負荷推定部４０８は、鼻呼吸と口呼吸とに応じて呼気中の含有湿度が変化するため、時間変化検出部１０６及び呼吸状態計測部１０７のそれぞれの出力に基づいて、計測対象人物Ｍの負荷状態を推定する際に、鼻呼吸であるか口呼吸であるかに応じて、計測対象人物Ｍの状態を判定するための閾値である呼吸の換気量の変化量の割合を異なる値として補正する。すなわち、負荷推定部４０８は、開口判定部４１１による判定の結果、口呼吸である場合には、呼吸の換気量の変化量の割合を、上式（１）を用いたＨｔ％に補正する。一方、負荷推定部４０８は、開口判定部４１１による判定の結果、鼻呼吸である場合には、鼻呼吸による減衰率を加味し、閾値としての呼吸の換気量の変化量の割合ＨｔＮを次式（２）によって補正する。
【数２】
2010012018.tif 000004
【００６３】
すなわち、負荷推定部４０８は、計測対象人物Ｍの口呼吸を検出し且つ呼吸の換気量の変化量の割合がＨｔ％以上の増加である旨を検出した場合には、交感神経優位にともなう１回あたりの換気量の増加傾向状態であると推定し、当該計測対象人物Ｍがストレス負荷傾向にあると推定する。また、負荷推定部４０８は、計測対象人物Ｍの口呼吸を検出し且つ呼吸の換気量の変化量の割合がＨｔ％以上の減少である旨を検出した場合には、副交感神経優位にともなう１回あたりの換気量の減少傾向状態であると推定し、当該計測対象人物Ｍがリラックス傾向にあると推定する。さらに、負荷推定部４０８は、計測対象人物Ｍの鼻呼吸を検出し且つ呼吸の換気量の変化量の割合がＨｔＮ％以上の増加である旨を検出した場合には、交感神経優位にともなう１回あたりの換気量の増加傾向状態であると推定し、当該計測対象人物Ｍがストレス負荷傾向にあると推定する。また、負荷推定部４０８は、計測対象人物Ｍの鼻呼吸を検出し且つ呼吸の換気量の変化量の割合がＨｔＮ％以上の減少である旨を検出した場合には、副交感神経優位にともなう１回あたりの換気量の減少傾向状態であると推定し、当該計測対象人物Ｍがリラックス傾向にあると推定する。負荷推定部４０８は、推定した負荷状態を示す情報を外部に出力する。
【００６４】
〔人体状態判定装置の動作〕
このような各部を備える人体状態判定装置は、図１２に示すような一連の手順にしたがって、計測対象人物Ｍの状態を判定する。
【００６５】
まず、人体状態判定装置は、図１２に示すように、ステップＳ３１において、図４中ステップＳ１乃至ステップＳ６と同様の処理を行うと、ステップＳ３２において、開口判定部４１１により、口呼吸の有無に基づく開口判定を行う。人体状態判定装置は、口呼吸であった場合には、ステップＳ３３乃至ステップＳ３７の処理を行う。すなわち、図１０中ステップＳ２２乃至ステップＳ２６と同様に、負荷状態推定部４０８は、呼吸の換気量の変化量の割合が計測対象人物Ｍの周囲の相対湿度に基づいて補正された閾値であるＨｔ％以上の増加傾向にある旨を検出した場合には、当該計測対象人物Ｍの状態が、交感神経優位にともなうストレス負荷傾向にあると推定する。また、負荷状態推定部４０８は、呼吸の換気量の変化量の割合がＨｔ％以上の減少傾向にある旨を検出した場合には、計測対象人物Ｍの状態が、副交感神経優位にともなうリラックス傾向にあると推定する。さらに、負荷状態推定部４０８は、唾液分泌量の変化量の割合が例えば１０％以上の増加傾向にある旨を検出した場合には、計測対象人物Ｍの交感神経優位にともなうストレス負荷傾向が持続性のあるものと推定する。さらにまた、負荷状態推定部４０８は、唾液分泌量の変化量の割合が例えば１０％以上の減少傾向にある旨を検出した場合には、計測対象人物Ｍの副交感神経優位にともなうリラックス傾向が持続性のあるものと推定する。
【００６６】
一方、人体状態判定装置は、鼻呼吸であった場合には、ステップＳ３８乃至ステップＳ４０の処理を行う。すなわち、人体状態判定装置は、ステップＳ３８において、湿度計測部３１０によって計測対象人物Ｍの周囲の相対湿度を計測した上で、ステップＳ３９において、呼吸状態計測部１０７により、水蒸気の吸収に関する判定を行う。具体的には、呼吸状態計測部１０７は、所定周期内の最小振幅値の変化傾向を所定の統計手法を用いて求め、その最小振幅値の時間変化に基づいて、呼吸の換気量の変化量の割合が鼻呼吸である旨且つ湿度に基づいて補正された閾値である±ＨｔＮ％以内であるか否かを判定する。
【００６７】
そして、人体状態判定装置は、呼吸の換気量の変化量の割合が±ＨｔＮ％未満である場合には、計測対象人物Ｍの状態が通常状態であるものと判定し、そのまま一連の処理を終了する。一方、人体状態判定装置は、呼吸の換気量の変化量の割合が±ＨｔＮ％以上である場合には、ステップＳ４０において、負荷状態推定部４０８により、呼吸の換気量の変化量の割合がＨｔＮ％以上の増加傾向にある旨を検出した場合には、計測対象人物Ｍの状態が、交感神経優位にともなうストレス負荷傾向にあると推定する。また、人体状態判定装置は、負荷状態推定部４０８により、呼吸の換気量の変化量の割合がＨｔＮ％以上の減少傾向にある旨を検出した場合には、計測対象人物Ｍの状態が、副交感神経優位にともなうリラックス傾向にあると推定する。なお、鼻呼吸の場合には、口腔部分を呼気が通過しないことから、人体状態判定装置は、揮発性硫化物の吸収に関する判定処理を行わない。
【００６８】
人体状態判定装置は、このような一連の手順にしたがって、鼻呼吸と口呼吸との別に基づいて、計測対象人物Ｍの状態を高精度に判定することができる。
【００６９】
以上詳細に説明したように、本発明の第４の実施形態となる人体状態判定装置においては、計測対象人物Ｍが口呼吸を行っているか鼻呼吸を行っているかを開口判定部４１１によって判定し、その判定結果に基づいて、負荷推定部４０８による判定の際に閾値を補正することにより、鼻呼吸と口呼吸とが切り替わる際の極端な差異を適切に検出し、高精度に計測対象人物Ｍの状態を判定することができる。
【００７０】
〔第５の実施形態〕
本発明の第５の実施形態となる人体状態判定装置は、第１乃至第４の実施形態として示した人体状態判定装置を車両に搭載した場合の具体例を示すものである。従って本実施形態においては、第１乃至第４の実施形態にて説明した部位と同一部位については同一符号を付し、その詳細な説明を省略するものとする。
【００７１】
〔人体状態判定装置の構成〕
本発明の第５の実施形態となる人体状態判定装置は、図１３に示すように、上述した電磁波発生器１０１、受信器１０３、時間変化検出部１０６、呼吸状態計測部１０７、口腔状態計測部２０９、湿度計測部３１０、及び負荷推定部４０８の他に、電磁波発生器１０１によって発生された電磁波を計測対象人物Ｍに対して送信する複数の送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄと、電磁波発生器１０１によって発生される電磁波の周波数を制御する周波数制御部５０４と、受信器１０３によって受信した受信信号に対して周波数解析を施す周波数解析部５０５と、電磁波を送信する送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄを切り替える切り替え手段としての送信器切替器５１１と、各種車両信号を出力する車両信号出力部５１２とを備える。すなわち、人体状態判定装置は、第４実施形態として示した人体状態判定装置における送信器１０２に代えて複数の送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄを備え、周波数制御部１０４に代えて周波数制御部５０４を備え、周波数解析部１０５に代えて周波数解析部５０５を備えるとともに、新たに送信器切替器５１１及び車両信号出力部５１２を追加した構成とされる。
【００７２】
送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄは、それぞれ、上述した送信器１０２と同様の構成とされ、電磁波発生器１０１によって発生された電磁波をテラヘルツ波として計測対象人物Ｍに対して送信する。ここで、人体状態判定装置においては、できる限り呼気以外の気体成分を含まないようにするのが望ましいことから、送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄの車両に対する搭載位置を、例えば車両内部のハンドルの略上方の天井領域であり且つ計測対象人物Ｍの着座状態脚部から車高方向に延在した位置とする。これにより、人体状態判定装置においては、計測対象人物Ｍに対して約１ｍ以内の距離で送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄを設置することができ、また、テラヘルツ波が車両の内装材を透過することから、レイアウト上、目立つことなく計測対象人物Ｍを検出することができる。また、人体状態判定装置は、身長の違い等、車両シートに着座する計測対象人物Ｍの頭部の位置の違いをカバーするために、複数の送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄを設置し、送信器切替器５１１により、電磁波を送信する送信器を切り替えるように構成される。具体的には、送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄは、それぞれ、例えば図１４に示すように、車両シートに着座する計測対象人物Ｍの頭部を捕捉するように、ハンドルの略上方の天井領域に設置され、図１４中矢印Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで示すように、仰角５°〜８５°の範囲に属する４つの異なる領域に向けて送信方向が固定されるように設定される。また、送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄの指向性は、全域の方位を捕捉することができるように、半値半角を１０°程度とするのが望ましい。
【００７３】
送信器切替器５１１は、電磁波発生器１０１によって発生された電磁波の送信領域を制御するために、使用する送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄを切り替える。具体的には、送信器切替器５１１は、水蒸気スペクトラムの時間変化を取得できるように、すなわち、計測対象人物Ｍの呼気領域を含むように、送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄを切り替える。送信器切替器５１１は、設定した送信領域を示す情報を周波数解析部５０５に供給する。
【００７４】
車両信号出力部５１２は、車両の窓の開閉情報、エアーコンディショナの稼動状態情報、及び、ワイパーの稼動状態情報等の車両信号を、図示しないセンサ等から取得し、周波数制御部５０４に供給する。
【００７５】
周波数制御部５０４は、上述した周波数制御部１０４と同様に、周波数解析部５０５から供給される指示信号に基づいて、電磁波発生器１０１を構成する波長可変半導体レーザ光源から発振される電磁波の発振波長を制御することにより、電磁波発生器１０１によって発生される電磁波の周波数を制御する。このとき、周波数制御部５０４は、車両信号出力部５１２から供給される窓の開閉情報、エアーコンディショナの稼動状態情報、及び、ワイパーの稼動状態情報に基づいて、水分補正、外乱物質補正、並びに、水蒸気（及び揮発性硫化物）検出感度補正に関する周波数帯域を補正して設定する。すなわち、人体状態判定装置は、気体中の成分を分析することから、窓の開閉、エアーコンディショナの稼動状態、及び、雨等の計測環境の影響を受けることが考えられる。そこで、周波数制御部５０４は、例えば図１５に示すような論理表にしたがって、水分補正、外乱物質補正、並びに、水蒸気（及び揮発性硫化物）検出感度補正を行う。具体的には、車両走行時の環境で窓を開放している場合には、外気に含まれるＣＯ２やＮＯｘ等の排気ガス成分を多く車室内に流入させてしまう可能性がある。そのため、周波数制御部５０４は、それら排気ガス成分等の外乱物質の影響を低減するために、窓の開閉の別に基づいて、当該外乱物質の吸収周波数帯域を、電磁波発生器１０１及び送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄによって発信して送信する電磁波の発信周波数帯域から除外するように電磁波の周波数帯域を設定する。また、窓を開放している場合やエアーコンディショナを稼動している場合には、計測対象人物Ｍの周囲の気流変動の影響で電磁波の送信領域内の気体が流れやすい。そのため、周波数制御部５０４は、水蒸気や揮発性硫化物に対する感度を向上させるように電磁波の周波数帯域を１ＴＨｚ〜３ＴＨｚ程度に設定する。さらに、周波数制御部５０４は、ワイパーの稼動状態を悪天候条件の判定因子として利用し、雨が降っている場合には、水分による減衰が小さい１ＴＨｚ以下の低周波数帯域を利用するように設定する。なお、人体状態判定装置においては、雨の影響→外乱物質の影響→気流の影響の順序で、受ける影響が小さくなる。そのため、周波数制御部５０４は、例えば図１５に示すように、水分補正、外乱物質補正、並びに、水蒸気（及び揮発性硫化物）検出感度補正に優先順位付けを行い、補正量を決定する。
【００７６】
周波数解析部５０５は、増幅器、Ａ／Ｄコンバータ、ＣＰＵ、及びメモリ等から構成され、送信器切替器５１１によって設定された送信領域に基づいて、受信器１０３によって受信した受信信号の信号波形を取得して周波数解析を行う。そして、周波数解析部５０５は、水蒸気の吸収周波数帯域と、減衰量が生じない水蒸気以外の吸収周波数帯域との振幅比を算出するとともに、揮発性硫化物の吸収周波数帯域と、減衰量が生じない揮発性硫化物以外の吸収周波数帯域との振幅比を算出する。周波数解析部５０５は、周波数解析結果を示す情報を、時間変化検出部１０６、呼吸状態計測部１０７、口腔状態計測部２０９、及び開口判定部４１１に供給する。また、周波数解析部５０５は、解析に利用する周波数帯域を示す情報を、周波数制御部５０４に供給する。
【００７７】
〔人体状態判定装置の動作〕
このような各部を備える人体状態判定装置は、図１６に示すような一連の手順にしたがって、計測対象人物Ｍの状態を判定する。
【００７８】
まず、人体状態判定装置は、図１６に示すように、ステップＳ４１において、周波数制御部５０４により、車両信号出力部５１２から出力された車両信号に基づいて、周波数帯域を補正すると、ステップＳ４２において、電磁波発生器１０１によって電磁波を発生させて送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄに入射し、テラヘルツ波を計測対象人物Ｍに照射する。続いて、人体状態判定装置は、ステップＳ４３において、計測対象人物Ｍによって反射された電磁波を受信器１０３によって受信すると、その受信信号を周波数解析部５０５に供給する。周波数解析部５０５は、受信信号を検波した際に、解析に利用する周波数帯域を示す情報を周波数制御部５０４に供給する。また、周波数解析部５０５は、受信信号の周波数解析を行い、その周波数特性を計測する。
【００７９】
人体状態判定装置は、ステップＳ４４において、周波数解析部５０５により、送信器切替器５１１によって設定された送信領域に基づいて、全ての送信領域についての周波数特性を取得したか否かを判定し、取得していない場合には、ステップＳ４５において、送信領域を切り替え、ステップＳ４２からの処理を繰り返す。この場合、周波数解析部５０５は、次の送信領域からの反射信号についての処理であるものと判定する。そして、人体状態判定装置は、全ての送信領域についての周波数特性を取得すると、ステップＳ４６において、周波数解析部５０５により、水蒸気の吸収周波数帯域と、減衰量が生じない水蒸気以外の吸収周波数帯域との振幅比を算出するとともに、揮発性硫化物の吸収周波数帯域と、減衰量が生じない揮発性硫化物以外の吸収周波数帯域との振幅比を算出する。
【００８０】
人体状態判定装置は、ステップＳ４７において、図示しないタイマ等の計時手段によって計時した結果、所定の計測時間を経過していない場合には、ステップＳ４２からの処理を繰り返し行う一方で、計測時間を経過した場合には、ステップＳ４８へと処理を移行し、図１２に示した一連の処理を行う。人体状態判定装置は、このような一連の手順にしたがって、車両特有の計測環境に応じた周波数帯域に補正し、計測対象人物Ｍの状態を高精度に判定することができる。
【００８１】
以上詳細に説明したように、本発明の第５実施形態となる人体状態判定装置においては、車両内部の天井領域であり且つ計測対象人物Ｍの着座状態脚部から車高方向に延在した位置において、異なる領域に向けて送信方向が固定されるように複数の送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄを配設し、計測対象人物Ｍの呼気領域を含むように、送信器切替器５１１により、複数の送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄのうち使用する送信器を切り替える。このように、この人体状態判定装置においては、車両内部の天井領域に複数の送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄを配設することにより、呼気以外の大気成分をできる限り除外することができ、効率よく計測対象人物Ｍの状態を判定することができる。
【００８２】
また、この人体状態判定装置においては、車両の窓の開閉情報、エアーコンディショナの稼動状態情報、及び、ワイパーの稼動状態情報に基づいて、周波数制御部５０４により、電磁波発生器１０１及び送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄによって送信する電磁波の発信周波数帯域を制御することにより、電磁波の周波数帯域を適切に補正することができ、高精度に計測対象人物Ｍの状態を判定することができる。特に、この人体状態判定装置においては、エアーコンディショナを稼動させた際に、冷風や温風を計測対象人物Ｍに当てることに起因する当該計測対象人物Ｍの体表面の温度変化によって生じる誤差の影響を低減することができ、より高精度に計測対象人物Ｍの状態を判定することができる。
【００８３】
〔第６の実施形態〕
本発明の第６の実施形態となる人体状態判定装置は、第５の実施形態として示した人体状態判定装置を改良し、計測対象人物の呼気領域を設定し、集中的に呼気領域に時間配分を行うとともに、他の領域で雑音を検出し、より効率的に高精度に呼気判定を行うものである。従って本実施形態においては、第５の実施形態にて説明した部位と同一部位については同一符号を付し、その詳細な説明を省略するものとする。
【００８４】
〔人体状態判定装置の構成〕
本発明の第６の実施形態となる人体状態判定装置は、図１７に示すように、上述した電磁波発生器１０１、受信器１０３、時間変化検出部１０６、呼吸状態計測部１０７、口腔状態計測部２０９、湿度計測部３１０、負荷推定部４０８、送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄ、周波数解析部５０５、送信器切替器５１１、及び車両信号出力部５１２の他に、電磁波発生器１０１によって発生される電磁波の周波数を制御する周波数制御部６０４と、電磁波発生器１０１によって発生された電磁波の送信領域を設定する送信領域設定部６１３と、計測対象人物Ｍの呼気領域を判定する呼気領域判定部６１４と、雑音を検出する雑音検出部６１５とを備える。すなわち、人体状態判定装置は、第５実施形態として示した人体状態判定装置における周波数制御部５０４に代えて周波数制御部６０４を備えるとともに、新たに送信領域設定部６１３、呼気領域判定部６１４、及び雑音検出部６１５を追加した構成とされる。
【００８５】
送信領域設定部６１３は、初期状態では、送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄを例えば１０ｍ秒毎といった所定のタイミングで切り替えるように、送信器切替器５１１に制御信号を供給する。また、送信領域設定部６１３は、呼気領域判定部６１４によって呼気領域が判定された場合には、送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄのうち呼気領域を捕捉している一の送信器の送信領域と、他の領域とを交互に設定するように、送信器切替器５１１に制御信号を供給する。
【００８６】
呼気領域判定部６１４は、呼吸状態計測部１０７の出力に基づいて、送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄの送信領域にて呼気を検出している送信器を選択し、その送信器の送信領域、すなわち、計測対象人物Ｍの呼気領域を示す情報を送信領域設定部６１３及び雑音検出部６１５に供給する。
【００８７】
雑音検出部６１５は、呼気領域判定部６１４によって判定された呼気領域以外での反射波周波数特性に基づいて、既知の計測周波数帯域中に呼気物質以外の吸収周波数帯域からなる雑音を検出した場合には、電磁波発生器１０１及び送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄによって発信して送信する電磁波の発信周波数帯域から当該雑音を含む計測周波数帯域を除外するように、周波数設定部６０４に指示信号を供給する。具体的には、雑音検出部６１５は、例えば１０ＧＨｚ毎に計測周波数帯域を分割して振幅を隣り合う領域と逐次比較したときに、１０％以上の差異を認めるケースが３区間以上継続し、計測周波数帯域に干渉する場合に、当該計測周波数帯域を除外するように決定する。
【００８８】
周波数制御部６０４は、上述した周波数制御部５０４と同様に、周波数解析部５０５から供給される指示信号に基づいて、電磁波発生器１０１を構成する波長可変半導体レーザ光源から発振される電磁波の発振波長を制御することにより、電磁波発生器１０１によって発生される電磁波の周波数を制御する。このとき、周波数制御部６０４は、雑音検出部６１５から供給される指示信号に基づいて、電磁波発生器１０１及び送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄによって発信して送信する電磁波の発信周波数帯域から、雑音を検出した計測周波数帯域を除外する。
【００８９】
〔人体状態判定装置の動作〕
このような各部を備える人体状態判定装置は、図１８に示すような一連の手順にしたがって、計測対象人物Ｍの状態を判定する。
【００９０】
まず、人体状態判定装置は、図１８に示すように、ステップＳ５１において、周波数制御部６０４により、車両信号出力部５１２から出力された車両信号と、雑音検出部６１３から供給された指示信号とに基づいて、周波数帯域を補正すると、ステップＳ５２において、送信領域設定部６１３によって送信領域を設定する。そして、人体状態判定装置は、ステップＳ５３において、電磁波発生器１０１によって電磁波を発生させて送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄに入射し、テラヘルツ波を計測対象人物Ｍに照射する。
【００９１】
続いて、人体状態判定装置は、ステップＳ５４において、計測対象人物Ｍによって反射された電磁波を受信器１０３によって受信すると、その受信信号を周波数解析部５０５に供給する。周波数解析部５０５は、受信信号を検波した際に、解析に利用する周波数帯域を示す情報を周波数制御部６０４に供給する。また、周波数解析部５０５は、受信信号の周波数解析を行い、その周波数特性を計測する。
【００９２】
続いて、人体状態判定装置は、ステップＳ５５において、周波数解析部５０５により、送信器切替器５１１によって設定された送信領域に基づいて、全ての送信領域についての周波数特性を取得したか否かを判定し、取得していない場合には、ステップＳ５６において、送信領域を切り替える。そして、人体状態判定装置は、ステップＳ５７において、呼気領域設定部６１４により、呼気領域を判定し、送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄのうち呼気を検出している送信器を選択した後、ステップＳ５８において、雑音検出部６１５により、計測周波数帯域を計測し、既知の計測周波数帯域に影響を及ぼす雑音を検出した場合には、電磁波発生器１０１及び送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄによって発信して送信する電磁波の発信周波数帯域から、当該雑音を含む計測周波数帯域を除外するように、周波数設定部６０４に指示信号を供給し、ステップＳ５１からの処理を繰り返す。
【００９３】
人体状態判定装置は、ステップＳ５５において、全ての送信領域についての周波数特性を取得したものと判定すると、ステップＳ５９において、周波数解析部５０５により、水蒸気の吸収周波数帯域と、減衰量が生じない水蒸気以外の吸収周波数帯域との振幅比を算出するとともに、揮発性硫化物の吸収周波数帯域と、減衰量が生じない揮発性硫化物以外の吸収周波数帯域との振幅比を算出する。
【００９４】
人体状態判定装置は、ステップＳ６０において、図示しないタイマ等の計時手段によって計時した結果、所定の計測時間を経過していない場合には、ステップＳ５３からの処理を繰り返し行う一方で、計測時間を経過した場合には、ステップＳ６１へと処理を移行し、図１２に示した一連の処理を行う。
【００９５】
人体状態判定装置は、このような一連の手順にしたがって、計測対象人物Ｍの呼気領域を設定し、集中的に呼気領域に時間配分を行うとともに、他の領域で雑音を検出して除外することにより、計測対象人物Ｍの状態を効率よく且つ高精度に判定することができる。なお、人体状態判定装置においては、雑音検出部６１５によって雑音を検出するにあたって、新たに送信器を設けるとともに、計測対象人物Ｍを含む車両内の物体に遮蔽されない位置に別の反射物を設け、その反射信号に基づいて物体を判定するようにしてもよい。
【００９６】
以上詳細に説明したように、本発明の第６の実施形態となる人体状態判定装置においては、呼気状態計測部１０７によって計測された気体成分毎の変化量に基づいて、複数の送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄのうち呼気を検出している送信器を呼気領域判定部６１４によって選択し、計測対象人物Ｍの呼気領域を判定するとともに、その判定結果に基づいて、送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄの電磁波の送信領域を送信領域設定部６１３によって設定することにより、呼気領域と呼気以外の領域とをともに検出することができる。そのため、この人体状態判定装置においては、呼気領域に電磁波の送信時間を多く配分することができ、精度の向上を図ることができる。
【００９７】
また、この人体状態判定装置においては、呼気領域判定部６１４の判定結果に基づいて、呼気物質以外の吸収周波数帯域からなる雑音が雑音検出部６１５によって検出された場合には、周波数制御部６０４により、電磁波発生器１０１及び送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄを用いて送信する電磁波の発信周波数帯域から当該雑音を含む計測周波数帯域を除外するように制御する。このように、この人体状態判定装置においては、呼気以外の領域からの反射信号に基づいて計測対象物質の影響を計測し、影響がある周波数帯域を除外して電磁波の周波数を設定することから、高精度に計測対象人物Ｍの状態を判定することっができる。
【００９８】
［第７実施形態］
本発明の第７の実施形態となる人体状態判定装置は、第６の実施形態として示した人体状態判定装置を改良したものであり、計測対象人物の呼吸活動が運動によっても支配されることに着目し、ハンドルやペダルの操作等、計測対象人物の運動状態に基づいて、当該計測対象人物の状態を判定するための閾値である呼吸の換気量の変化量の割合を補正するようにしたものである。従って本実施形態では、第６実施形態にて説明した部位と同一部位については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００９９】
〔人体状態判定装置の構成〕
本発明の第７の実施形態となる人体状態判定装置は、図１９に示すように、上述した電磁波発生器１０１、受信器１０３、時間変化検出部１０６、呼吸状態計測部１０７、口腔状態計測部２０９、湿度計測部３１０、送信器５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄ、周波数解析部５０５、送信器切替器５１１、車両信号出力部５１２、周波数制御部６０４、送信領域設定部６１３、呼気領域判定部６１４、及び雑音検出部６１５の他に、計測対象人物Ｍの負荷状態を推定する負荷推定部７０８と、計測対象人物Ｍが行った運転行動を検出する運動状態検出手段としての運転行動検出部７１６とを備える。すなわち、人体状態判定装置は、第６実施形態として示した人体状態判定装置における負荷推定部４０８に代えて負荷推定部７０８を備えるとともに、新たに運転行動検出部７１６を追加した構成とされる。
【０１００】
運転行動検出部７１６は、図示しないハンドル、ブレーキペダル、及びアクセルペダル等の操作手段の操作量を計測する操作量計測手段から出力される車両信号を取得し、それぞれのストローク量を各操作手段が許容する操作量の最大値との比率として算出する。運転行動検出部７１６は、算出した各操作手段の操作量比率を示す情報を負荷推定手段７０８に供給する。
【０１０１】
負荷推定部７０８は、ＣＰＵやメモリ等から構成され、上述した負荷推定部４０８と同様に、時間変化検出部１０６及び呼吸状態計測部１０７並びに口腔状態計測部２０９のそれぞれの出力に基づいて、計測対象人物Ｍの負荷状態を推定する。このとき、負荷推定部７０８は、時間変化検出部１０６及び呼吸状態計測部１０７のそれぞれの出力に基づいて、計測対象人物Ｍの負荷状態を推定する際に、当該計測対象人物Ｍの運転行動に応じて、計測対象人物Ｍの状態を判定するための閾値である呼吸の換気量の変化量の割合を異なる値として補正する。すなわち、負荷推定部７０８は、運転行動検出部７１６によって検出されたハンドル操作量比率Ｓｔｒ、ブレーキペダル操作量比率Ｂｒｋ、及びアクセルペダル操作量比率ａｃｅｌに基づいて、閾値としての呼吸の換気量の変化量の割合Ｈｄｒｖを次式（３）によって補正する。なお、次式（３）における等式が成立するのは、各操作手段が許容する操作量の最大値に基づく操作量比率から、２×（Ｓｔｒ／４）＋（Ｂｒｋ／４）＋（ａｃｅｌ／４）＜２５が成立するためである。
【数３】
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【０１０２】
すなわち、負荷推定部７０８は、計測対象人物Ｍの呼吸を検出し且つ呼吸の換気量の変化量の割合がＨｄｒｖ％以上の増加である旨を検出した場合には、交感神経優位にともなう１回あたりの換気量の増加傾向状態であると推定し、当該計測対象人物Ｍがストレス負荷傾向にあると推定する。また、負荷推定部７０８は、計測対象人物Ｍの呼吸を検出し且つ呼吸の換気量の変化量の割合がＨｄｒｖ％以上の減少である旨を検出した場合には、副交感神経優位にともなう１回あたりの換気量の減少傾向状態であると推定し、当該計測対象人物Ｍがリラックス傾向にあると推定する。負荷推定部７０８は、推定した負荷状態を示す情報を外部に出力する。
【０１０３】
〔人体状態判定装置の動作〕
このような各部を備える人体状態判定装置は、図２０に示すような一連の手順にしたがって、計測対象人物Ｍの状態を判定する。
【０１０４】
まず、人体状態判定装置は、図２０に示すように、ステップＳ７１において、図４中ステップＳ１乃至ステップＳ６と同様の処理を行うと、ステップＳ７２において、湿度計測部３１０によって計測対象人物Ｍの周囲の相対湿度を計測した上で、ステップＳ７３において、運転行動検出部７１６により、ハンドル、ブレーキペダル、及びアクセルペダルのそれぞれの操作量比率を算出する。そして、人体状態判定装置は、ステップＳ７４において、呼吸状態計測部１０７により、水蒸気の吸収に関する判定を行う。すなわち、呼吸状態計測部１０７は、所定周期内の最小振幅値の変化傾向を所定の統計手法を用いて求め、その最小振幅値の時間変化に基づいて、呼吸の換気量の変化量の割合がステップＳ７２にて計測された湿度及びステップＳ７３にて算出された操作量比率に基づいて補正された閾値である±Ｈｄｒｖ％以内であるか否かを判定する。
【０１０５】
人体状態判定装置は、呼吸の換気量の変化量の割合が±Ｈｄｒｖ％未満である場合には、計測対象人物Ｍの状態が通常状態であるものと判定し、そのまま一連の処理を終了する。一方、人体状態判定装置は、呼吸の換気量の変化量の割合が±Ｈｄｒｖ％以上である場合には、ステップＳ７５において、負荷状態推定部７０８により、時間変化検出部１０６及び呼吸状態計測部１０７の出力に基づいて、計測対象人物Ｍの負荷状態を推定し、その推定結果を外部に出力して一連の処理を終了する。すなわち、負荷状態推定部７０８は、計測対象人物Ｍの呼吸を検出し且つ呼吸の換気量の変化量の割合がＨｄｒｖ％以上の増加傾向にある旨を検出した場合には、当該計測対象人物Ｍの状態が、交感神経優位にともなうストレス負荷傾向にあると推定する。また、負荷状態推定部７０８は、計測対象人物Ｍの呼吸を検出し且つ呼吸の換気量の変化量の割合がＨｄｒｖ％以上の減少傾向にある旨を検出した場合には、当該計測対象人物Ｍの状態が、副交感神経優位にともなうリラックス傾向にあると推定する。
【０１０６】
人体状態判定装置は、ステップＳ７６及びステップＳ７７において、負荷状態推定部４０８により、唾液分泌量の変化量の割合が例えば１０％以上の増加傾向にある旨を検出した場合には、計測対象人物Ｍの交感神経優位にともなうストレス負荷傾向が持続性のあるものと推定し、唾液分泌量の変化量の割合が例えば１０％以上の減少傾向にある旨を検出した場合には、計測対象人物Ｍの副交感神経優位にともなうリラックス傾向が持続性のあるものと推定する。
【０１０７】
人体状態判定装置は、このような一連の手順にしたがって、計測対象人物Ｍの運転行動に基づいて、当該計測対象人物Ｍの状態を高精度に判定することができる。なお、人体状態判定装置においては、ハンドル、ブレーキペダル、及びアクセルペダルのそれぞれの操作量比率を運転行動検出部７１６によって算出するのみならず、車室内カメラによる顔振りや着座センサによる挙動、車室内マイクによる発話認識等を利用して自律神経活動の要因を分析することにより、計測対象人物Ｍの様々な運動状態を検出するようにしてもよく、その運転状態に基づいて、アプリケーションによって閾値を変化させるようにしてもよい。
【０１０８】
上述した第１乃至第７の実施形態として示した人体状態判定装置においては、呼気成分の時間傾向を検出するものとしたが、自律神経では呼吸周期も特徴量として優位であることが知られていることから、呼吸周期を閾値の因子として導入するようにしてもよい。さらに、上述した第１乃至第７の実施形態として示した人体状態判定装置からの出力は、例えば、計測対象人物Ｍの状態が過度なリラックス傾向を示した場合には、車室内にて再生するロックやアップテンポな楽曲を優先的に選択するように重み付けをした選曲パターンを提示するために利用することができ、また、計測対象人物Ｍの状態が過度に緊張した傾向を示した場合には、音声ガイダンスのメッセージを早めに提示して右左折や車線変更を補助したり、所定の提示手段を用いた出現タイミングや提示種類の詳細を補正する手段として利用したりすることができる。同様に、人体状態判定装置からの出力は、例えば車両衝突前の緊急回避が必要な場面において、計測対象人物Ｍである運転者の呼吸活動が急変するような急激なストレス傾向を示していない場合には、積極的な車両の制御介入を行う等、車両制御の介入度合いを補正する手段に利用することもできる。また第１乃至第７の実施形態として示した人体状態判定装置は、車両に搭載するものに限定されるものではなく、例えば発電所やビル警備等の管理業務において、居眠りや漫然の状態を引き起こしやすい管理者の監視用途に応用することができ、また、所定の音声提示手段や監督者への通報手段等に適用することもできる。
【０１０９】
以上詳細に説明したように、本発明の第７の実施形態となる人体状態判定装置においては、運動行動検出部７１６によって検出された計測対象人物Ｍの運動状態に基づいて、負荷推定部７０８による判定の際に閾値を補正することにより、ロバストに計測対象人物Ｍの状態を判定することができる。
【０１１０】
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の第１の実施形態となる人体状態判定装置の構成について示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態となる人体状態判定装置が備える呼吸状態計測部の動作を説明するための図であり、水蒸気の吸収スペクトラムの具体例について示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態となる人体状態判定装置が備える負荷推定部の動作を説明するための図であり、時間経過にともなう水蒸気含有量の変化の具体例について示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態となる人体状態判定装置において、計測対象人物の状態を判定する際の一連の手順について示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施形態となる人体状態判定装置の構成について示すブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施形態となる人体状態判定装置が備える口腔状態計測部の動作を説明するための図であり、揮発性硫化物の吸収スペクトラムの具体例について示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態となる人体状態判定装置が備える負荷推定部の動作を説明するための図であり、時間経過にともなう揮発性硫化物含有量の変化の具体例について示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態となる人体状態判定装置において、計測対象人物の状態を判定する際の一連の手順について示すフローチャートである。
【図９】本発明の第３の実施形態となる人体状態判定装置の構成について示すブロック図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態となる人体状態判定装置において、計測対象人物の状態を判定する際の一連の手順について示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第４の実施形態となる人体状態判定装置の構成について示すブロック図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態となる人体状態判定装置において、計測対象人物の状態を判定する際の一連の手順について示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第５の実施形態となる人体状態判定装置の構成について示すブロック図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態となる人体状態判定装置が備える送信器の設置領域の具体例について示す図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態となる人体状態判定装置が備える周波数制御部による周波数帯域を補正内容について示す図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態となる人体状態判定装置において、計測対象人物の状態を判定する際の一連の手順について示すフローチャートである。
【図１７】本発明の第６の実施形態となる人体状態判定装置の構成について示すブロック図である。
【図１８】本発明の第６の実施形態となる人体状態判定装置において、計測対象人物の状態を判定する際の一連の手順について示すフローチャートである。
【図１９】本発明の第７の実施形態となる人体状態判定装置の構成について示すブロック図である。
【図２０】本発明の第７の実施形態となる人体状態判定装置において、計測対象人物の状態を判定する際の一連の手順について示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１２】
１０１  電磁波発生器
１０２，５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃ，５０２Ｄ  送信器
１０３  受信器
１０４，５０４，６０４  周波数制御部
１０５，５０５  周波数解析部
１０６  時間変化検出部
１０７  呼吸状態計測部
１０８，２０８，３０８，４０８，７０８  負荷推定部
２０９  口腔状態計測部
３１０  湿度計測部
４１１  開口判定部
５１１  送信器切替器
５１２  車両信号出力部
６１３  送信領域設定部
６１４  呼気領域判定部
６１５  雑音検出部
７１６  運転行動検出部
Ｍ  計測対象人物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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