(57)【要約】【課題】  運転手の生体情報から眠気を検知し、注意喚起を行うシステムにおいて、市街地の走行時など、運転者が運転操作に集中しているときに、間違えた判定を検出し、不用意な注意喚起を与え運転者に吃驚させないようにする。【解決手段】  取得した生体情報を分析して眠気検知を行う前に、車両がどのような場所を走行しているかを検知し、郊外の道路や高速道路など、直線もしくは緩やかなカーブが続いており、交通信号機の間隔が長いような場所を走行している場合に、生体情報を分析し、眠気状態を判定し、眠気が生じていると判断した場合は運転者に注意喚起を与え、市街地を走行していると判断した場合は、運転者への注意喚起発生を中止する、もしくは、通常よりも十分弱く発生させることにより、運転者への吃驚を与えない。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドルに運転者からの情報を検知するための複数のセンサーから構成される運転者状態検知手段を有し、
車両の走行状態を検知するための複数のセンサーから構成される車輌状態検知手段を車輌内部に備え、
前記車輌状態検知手段には自動車用衛星航行システムを含み、
前記運転者状態検知手段からの検知情報に基づいて、運転者の眠気状態を判定する情報処理装置を備え、
当該情報処理装置は、前記判定の結果、眠気が発生していると判定された場合に、前記車輌状態検知手段からの情報に応じて運転者に対して警告するか否かを判定することを特徴とする車輌居眠り防止装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車輌居眠り防止装置において、
前記運転者状態検知手段は、緊握センサー、脈波センサー、心電センサーを含むことを特徴とする車輌居眠り防止装置。
【請求項３】
請求項１に記載の車輌居眠り防止装置において、
前記車輌状態検知手段は、加速度センサー、振動センサーを少なくとも含むことを特徴とする車輌居眠り防止装置。
【請求項４】
請求項１に記載の車輌居眠り防止装置において、
音声発生装置、表示装置、匂い発生装置、車内空調装置、振動発生装置のうち少なくとも２つを警告手段として車輌内に備え、
前記警告すると判定された場合には、前記車輌状態検知手段の検知結果に応じて、前記情報処理装置が前記警告内容を決定することを特徴とする車輌居眠り防止装置。
【請求項５】
請求項２に記載の車輌居眠り防止装置において、
前記脈波センサーは車輌内部のバンドル部に設けられ、
当該脈波センサーが、８００ｎｍ〜９００ｎｍの波長を有する第一発光部と、９００ｎｍ〜１０００ｎｍもしくは６００ｎｍ〜８００ｎｍの第二発光部を備え、さらに、当該発光部を頂点とする二等辺三角形となるように検出部が配置されることを特徴とする車輌居眠り防止装置。
【請求項６】
請求項５に記載の車輌居眠り防止装置において、
前記２つの発光部は隣接するように配置され、酸素化ヘモグロビンの吸収係数が高い波長領域発光部とそれ以外の波長領域発光部は交互に発光し位相検波器を通して、それぞれの信号に分離し、二つの出力を差分することにより、脈波振動に伴うヘモグロビン量の変化による光透過量として脈波が検出されることを特徴とする車輌居眠り防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両運転手の居眠り状態を監視、およびその防止を行う装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
交通事故件数の構成率を法令違反別に死亡事故と比較すると漫然運転（居眠り運転）は１５パーセント以上と他の法令違反と比べて高いことが上げられる（非特許文献１）。
そのため、運転者の生体情報を取得し、眠気が発生しているかを判定し、眠気が発生していると判断したときには運転者へ眠気防止用の刺激を与えるシステムなどが考案されている（たとえは、特許文献１、特許文献２など）。
また、眠気の発生を判定する技術として例えば特許文献３には、心電図、脈波、呼吸、脳波などの生体情報から測定した生体信号の周波数分析やビート間隔の揺らぎなどを判断し、自律神経の状態を分析する方法が提案されている。
【０００３】
一方、漫然運転が多く発生してしまう状況というのは、郊外の道路や高速道路など、直線もしくは緩やかなカーブが続いており、交通信号機の間隔が長いような場所を運転しているときなどが挙げられる。
そのような場所での運転では、比較的一定の速度で走行し、ハンドル操作、シフトチェンジ、ブレーキ操作、ウインカー操作、アクセル操作などの運転操作量が市街地などを走行しているときに比べ少なくなっている場合である。さらに、そのような場所の路面状態は比較的均一に舗装されており、走行中は単調な振動が続く状況となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2006-55501号公報
【特許文献２】特開2005-211239号公報
【特許文献３】特開平05-3877号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】平成２０年中の交通事故の発生状況    警視庁、統計  http://www.npa.go.jp/toukei/index.htm
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
生体情報は常に安定した信号となっている訳ではなく、信号自身が大きく揺らぐ場合や、また、被測定者の感情や健康状態によって大きく変化することが知られていることから、眠気の判定を確実に実行するのは困難であった。
【０００７】
また、移動状態の車両の中で眠気の判定をする際には、被測定者は車両の原動機などによる振動や車両の加速減速、カーブ、右左折、車線変更などによるゆれや運転手の動作によって雑音が混入し、間違えた判定結果になることがある。そのため、一定の条件で生体信号を判定しても、被測定者の状態とは異なる結果を検出する可能性がある。
このように不安定な判定条件の下で自動車へ実装した場合、不用意に運転者に注意喚起与えてしまうことになる恐れがある。これにより、かえって運転者の運転集中を阻害してしまい、ひいては運転誤操作を誘引し、運転の妨げとなる可能性がある。
本願発明の目的は、運転手の生体情報から眠気を検知し、注意喚起を行うシステムにおいて、眠気を感じている状態か否かを生体情報及び車体の状況ないし車体周囲の状況から総合的に判定し、運転者にとって不用意な注意喚起を行わないように制御可能な居眠り運転防止装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための居眠り運転防止装置の態様として、ハンドルに運転者からの情報を検知するための複数のセンサーから構成される運転者状態検知手段を有し、車両の走行状態を検知するための複数のセンサーから構成される車輌状態検知手段を車輌内部に備え、前記車輌状態検知手段には自動車用衛星航行システムを含み、前記運転者状態検知手段からの検知情報に基づいて、運転者の眠気状態を判定する情報処理装置を備え、当該情報処理装置は、前記判定の結果、眠気が発生していると判定された場合に、前記車輌状態検知手段からの情報に応じて運転者に対して警告するか否かを判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、市街地など走行しており運転操作に集中しているときは注意喚起を発生させず、運転者への吃驚を与えないと共に、逆に眠気を生じやすい郊外の道路、高速道路を走行中では生体情報は安定に計測され、その情報分析も市街地走行時の情報分析よりも高い精度で眠気検知できる。そのため郊外の道路、高速道路での漫然運転が減り、交通事後の減少が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】自動車運転席における居眠り防止装置の構成要素図。
【図２】居眠り防止装置のブロック図。
【図３】自動車運転席におけるセンサー及び出力装置の配置図。
【図４】眠気判定実行のフローチャート。
【図５】眠気判定実行の別の例を示すフローチャート。
【図６】眠気判定実行のさらに別の例を示すフローチャート。
【図７】ハンドルの脈波センサー配置例を示す図。
【図８】脈波センサーの光学発光部と光検出器の配置図。
【図９】２波長光源を用いた脈波検出方法のブロック図。
【図１０】１波長光源を用いた脈波検出方法のブロック図。
【図１１】１波長光源方式と２波長光源方式よる脈波スペクトルの比較図。
【図１２】数式(１)〜数式(５)の内容を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は自動車運転席における運転手が操作する機器および居眠り防止装置の構成要素を示す。車両運転中は緊握センサー１９、加速度センサー３、振動センサー４、脈波センサー１４、心電センサー１８、自動車用衛星航行システム１６は常にセンシングしており、各センサーからの情報は情報処理装置５に入力されている。また、自動車用衛星航行システム１６からの現在の車両位置、車両速度、地図データも情報処理装置５に入力されている。図２は居眠り防止装置の構成要素である加速度センサー３、振動センサー４、情報処理装置５、脈波センサー１４、心電センサー１８、緊握センサー１９、音声発生装置１５、振動発生装置１３、表示装置１７、匂い発生装置２０、車内空調装置２１の接続を示している。
【００１２】
図３は居眠り防止装置の構成要素である加速度センサー３、振動センサー４、脈波センサー１４、心電センサー１８、音声発生装置１５、振動発生装置１３、表示装置１７、緊握センサー１９が自動車運転席内におけるおおよその配置を示す図で、後背斜視図である。
【００１３】
車輌走行中は図４に示す流れ図に従って眠気検出を行い、運転手が眠気を生じていると判定された場合に場合に注意喚起を与える。
図４の流れ図は、眠気が発生しやすい場所を走行しているかを、緊握センサー１９、加速度センサー３、振動センサー４、等のセンサーからの検出波形の経時変化を情報処理装置５において監視し、また、自動車用衛星航行システム１６による地理的情報を用いて、郊外の道路や高速道路など、直線もしくは緩やかなカーブが続いているような単調な道路を走行しているかどうかを情報処理装置５において判定したり、ブレーキ頻度をカウントしておくことで、交通信号機の間隔が長いような場所を走行しているかを情報処理装置５において判定する。このとき、地理的情報については、予め情報処理装置５内に記憶される距離基準等に基づいて判定する。
【００１４】
判定方法の具体例としては、緊握センサー１９ではハンドルを握っている場所の変化が所定時間(例えば１〜３分以上)変化がない場合、眠気を帯びやすい所を走行していると判定する。
加速度センサー３では加速度の変化からほぼ直線道路を所定時間(例えば１〜３分)走行しているかを判定する。
また、加速度センサー３では一定速度の走行が１〜３分走行しているかを合わせて判定するようにしても良い。
振動発生装置１３では、あらかじめ直線が続く高速道路などにおける振動の周波数スペクトルを計測して情報処理装置５に記憶しておき、現在走行中の振動スペクトルと波形比較し、同じ振動スペクトルが所定時間(例えば１〜３分)続いているかを判定する。
自動車用衛星航行システム１６では車輌の軌跡情報を記録しておき、ほぼ直線道路を所定時間(例えば１〜３分)走行しているかを判定する。
また、自動車用衛星航行システム１６では地図情報と車輌速度を元に、ほぼ直線道路を１〜３分走行しているかを判定するようにすることも可能である。
【００１５】
これら緊握センサー１９、加速度センサー３、振動センサー４、自動車用衛星航行システム１６は単独、または複数の組み合わせにより構成するとこができ、各種検出器からの判定は、それぞれ単独により、郊外の道路や高速道路など、直線もしくは緩やかなカーブが続いており、交通信号機の間隔が長いような場所を走行していると判定する場合と複数の組み合わせにより郊外の道路や高速道路など、直線もしくは緩やかなカーブが続いており、交通信号機の間隔が長いような場所を走行していると判定する場合がある。
これらの組合せ条件や、情報処理装置５に予め設けられる判定閾値等は図示しない入力装置によって直接入力することも可能であり、予め記憶するようにしても良い。
【００１６】
生体情報である脈波センサー１４、心電センサー１８からの信号は生体に装着しておくことで、常に計測することが可能である。脈波間隔、心電波形が覚醒時、たとえば市街地走行時の脈波、心電間隔と比べ長いと検知した場合、もしくは、脈波、心電間隔の揺らぎの周波数分析を行い、大よそ0.15〜0.4(Hz)の周波数帯域の成分が覚醒時に比べ増加していると検地した場合、もしくは、共に検知した場合、運転者に眠気が発生しているとして判定する。
【００１７】
運転者に眠気が発生しているとして判定され、かつ郊外の道路や高速道路など、直線もしくは緩やかなカーブが続いており、交通信号機の間隔が長いような場所を走行していると判定された場合、居眠り防止装置は音声発生装置１５による音声発生、振動発生装置１３による振動発生、表示装置１７による表示警告、匂い発生装置２０による香り発生、車内空調装置２１による風発生のいずれか、またはそれらを複合して実行し運転者に注意喚起を行う。
また、車輌の走行状態に応じて注意喚起をするための方法を変えるようにしても良い。
【００１８】
例えば、車輌振動が多く検出される場合に振動を発生させたとしても、運転者が気づかない場合もある。また、振動を伴う場合には車輌内部において振動に伴う騒音が発生する場合も考えられる。この場合には、例えば香りを発生させたり、表示画面上に警告表示をすると効果的である。
【００１９】
その他、運転している地理的状況、センシングの結果に応じて警告方法を変えることがより効果的である。この場合、情報処理装置５において、センシング条件、地理的条件に所定基準を設けておき、夫々に対応する警告形態を記憶させるようにすることが肝要である。
【００２０】
図５に車輌の走行場所を判断し、その後、生体情報を計測し眠気を判断する流れ図を示す。図５では、まず、眠気が発生しやすい場所を走行しているかを、緊握センサー１９、加速度センサー３、振動センサー４、自動車用衛星航行システム１６によって、郊外の道路や高速道路など、直線もしくは緩やかなカーブが続いており、交通信号機の間隔が長いような場所を走行しているかを判定し、その後、生体情報である脈波センサー１４、心電センサー１８を用いて生体情報を計測し、脈波間隔、心電波形が覚醒時、たとえば市街地走行時の脈波、心電間隔と比べ長いと検知した場合、もしくは、脈波、心電間隔の揺らぎの周波数分析を行い、大よそ0.15〜0.4(Hz)の周波数帯域の成分が覚醒時に比べ増加していると検地した場合、もしくは、共に検知した場合、運転者に眠気が発生しているとして判定する。
【００２１】
郊外の道路や高速道路など、直線もしくは緩やかなカーブが続いており、交通信号機の間隔が長いような場所を走行していると判定され、かつ運転者に眠気が発生しているとして判定された場合、居眠り防止装置は音声発生装置１５による音声発生、振動発生装置１３による振動発生、表示装置１７による表示警告、匂い発生装置２０による香り発生、車内空調装置２１による風発生のいずれか、またはそれらを複合して実行し運転者に注意喚起を行う。
【００２２】
郊外の道路や高速道路など、直線もしくは緩やかなカーブが続いており、交通信号機の間隔が長いような場所を走行していると判定されてから生体情報の計測を行う利点は、そのような場所を走行しているときは、運転者の操作運動、車輌の方向転換、発車、停車、速度変化に伴う加速度の変化が市街地を走行しているときに比べ少なく、生体計測の際に雑音の原因となる体の動きが小さくなるため安定した計測が可能となり、眠気の判断が正しく行えることが期待できる。また、眠気が発生しやすい場所を走行しているときだけ生体情報を計測するため、それ以外のときは生体情報を計測する脈波センサー１４、心電センサー１８を休止することができるので省エネルギーが期待できる。
【００２３】
図６は常に車輌の走行状態と生体情報を計測し、運転者の眠気を検出した場合で、郊外の道路や高速道路など、直線もしくは緩やかなカーブが続いており、交通信号機の間隔が長いような場所を走行していると判定した場合は、運転者へ注意喚起を行うが、郊外の道路や高速道路など、直線もしくは緩やかなカーブが続いており、交通信号機の間隔が長いような場所を走行していないと判定した場合は、運転者へ弱い注意喚起を行い、運転者への強い吃驚を与えないときの流れ図を示す。
【００２４】
図７にハンドル２に脈波センサー１４を配置した図を示す。図７に示したようにハンドル２の輪部に脈波センサー１４を複数配置して、運転者が輪部のどこを握っても運転者の両手、５指の先端腹部の何れかが、複数ある脈波センサーを１４のどれかに接するように配置する。脈波検出は指先端腹部が均一に接しているセンサー部より計測を行う。
【００２５】
図８に脈波センサー１４の光学発光部と光検出器の配置を示した図を示す。その構成は一つの光検出器と、酸素化ヘモグロビンの吸収係数が脱酸素化ヘモグロビン、水、脂肪よりも大きい波長領域である約８００ｎｍ〜約９００ｎｍの発光部とその波長領域以外となる長波長領域約９００ｎｍ〜１０００ｎｍもしくは短波長領域６００ｎｍ〜８００ｎｍの発光部の３つから成り立つ。
光検出器と酸素化ヘモグロビンの吸収係数が高い波長領域発光部とそれ以外の波長領域発光部の位置関係は光検出部を頂点とする二等辺三角形となるように配置され、２つの発光部は隣接するように配置される。
【００２６】
検出する範囲は指先腹部が検出されるよう直径約１０ｍｍ程度以内となる。そのため光検出器と二つの発光部はその領域内に配置される。
【００２７】
脈波検出には、酸素化ヘモグロビンの吸収係数が高い波長領域発光部とそれ以外の波長領域発光部は交互に発光し位相検波器を通して、それぞれの信号に分離する。その二つの出力を差分することにより、脈波振動に伴うヘモグロビン量の変化による光透過量として脈波が検出される。その際、振動などにより、脈波以外の光透過量の変化として検出される成分は酸素化ヘモグロビンの吸収係数が高い波長領域とそれ以外の波長領域では同様な信号成分となるため差分することにより相殺されることになる。
【００２８】
検出するセンサーユニットを複数配置し、指が触れた場所の信号を検出する際、適切に光検出器と二つの発光部が指先に接触していると光検出器にはそれぞれの位相検波出力には矩形波が検出され、位相検波前の出力信号には２つの波長発光部による透過信号がヘモグロビン量による透過光の変化分の差程度の違いの出力差しか違わない出力が検出されることになる。そのため、指が当たっていない場合は位相検波出力に矩形波が検出されない。また指が均一に当たっていなく、どちらかの発光部と検出部に当たっているか、もしくは偏りが発生している場合は、位相検波前の出力信号に矩形波が発生することになるため、適切に測定位置に指先が当たっているセンサーユニットを判別でき、そのユニットからの信号を記録することができる。
【００２９】
複数配置した脈波センサー１４により運転手がハンドルのどの場所を握っているかが判断できるため、緊握センサー１９として利用することができる。
【００３０】
図９には酸素化ヘモグロビンの吸収係数が脱酸素化ヘモグロビン、水、脂肪よりも大きい波長領域である約８００ｎｍ〜約９００ｎｍの発光部とその波長領域以外となる長波長領域約９００ｎｍ〜１０００ｎｍもしくは短波長領域６００ｎｍ〜８００ｎｍの発光部をもつ脈波検出方法のブロック図を示す。図１０には従来方式である１光源による脈波検出方法のブロック図を示す。
【００３１】
単純な１つの光源で脈波計測を行う光電式脈波検出での脈波成分には毛細血管が広がりによる散乱の変化や、広がったことによる光路長の変化など、いろいろな成分が含まれている。その中で、光源の波長が800〜900nm程度の光が含まれている場合、その波長領域での酸素化ヘモグロビンの吸収係数は脱酸素化ヘモグロビン、水、脂肪の吸収係数よりも高いので、酸素化ヘモグロビン量の変化、つまり、動脈成分の変化が含まれていることになる。逆に、その波長領域以外の光源を用いると酸素化ヘモグロビン〜動脈の変化成分は少なくなる。つまり、波長800〜900nmの光源を用いたときの光検出変化量Pl800-900は図１２に示す数式(１)のようになる。
【００３２】
ここで図１２中の数式(１)におけるAartery1800-900は波長800〜900[nm]を用いたときの動脈血成分の変化、Aother1800-900は波長800〜900[nm]を用いたときの、その他の変化による成分を示す。この中には動脈以外の脈波信号や振動雑音による信号が含まれる。一方、波長800〜900[nm]以外の光源、一般的には600-800[nm]領域や、900-1000[nm]領域などを用いたときの光検出変化量P1800-900は図１２に示す数式(２)のようになる。
【００３３】
このとき、動脈血の吸収係数の差から、図１２に示す数式(３)のようになる。一方、波長の違う２つの光源と光検出器の光路を、ほぼ同じ位置に配置した場合、その領域の振動による変化量は、ほぼ同じになると予想される。そのため２つの光源および光検出器を近接して配置した場合、図１２に示す数式(４)のようになる。そのため、波長800〜900[nm]の光源を用いたときの光検出変化量から波長800〜900[nm]以外の光源を用いたときの光検出変化量を引くと、図１２に示す数式(５)となり、動脈血の変動分が検出されることになる。
【００３４】
実際には２つの光源を同時に発光させそれぞれの光検出器で検出した場合、光路近接しているためそれぞれの信号を分離することはできない。そのため、光検出器は１つとし、それぞれの光源の発光を時間分割して交互に発光させ信号を分離することとなる。このとき、それぞれの信号成分は別時間の信号となるので、違う振動成分を検出することになるが、検出したい生体信号である0.1〜100[Hz]よりも十分高い周波数で切り替えることにより、その帯域の信号はほぼ同じ振動の信号として検出されることとなる。
【００３５】
従来手法である単一光源での脈波スペクトルと本方式である２波長発光光源による脈波スペクトルの結果を図１１に示す。図中横軸は周波数、縦軸は単一光源、２波長光源で脈波を計測したときの出力値で受光強度となっている。受光強度は、それぞれの回路構成が異なるので、単純に比較ができない。そこで、それぞれの脈波中心周波数のパワーの値を１として規格化し、1光源による方法と２光源による方法で得られた結果を比較している。
【００３６】
尚、上述の発明は、乗用四輪自動車に限らず、鉄道、船舶、二輪自動車等の移動手段にも応用できることは云うまでもない。
【符号の説明】
【００３７】
１…運転手
２…ハンドル
３…加速度センサー
４…振動センサー
５…情報処理装置
６…地図データ
７…車両
８…アクセル
９…ブレーキ
１０…クラッチ
１１…シフトレバー
１２…シート
１３…振動発生装置
１４…脈波センサー
１５…音声発生装置
１６…自動車用衛星航行システム装置
１７…表示装置
１８…心電センサー
１９…緊握センサー
２０…匂い発生装置
２１…車内空調装置
２２…酸素化ヘモグロビンの吸収係数が高い波長領域発光部
２３…酸素化ヘモグロビンの吸収係数が低い波長領域発光部
２４…光検出器
２５…指
２６…電流電圧変換回路
２７…アナログスイッチ
２８…ハイパスフィルター
２９…ローパスフィルター
３０…位相検波器
３１…クロック発振器
３２…差動増幅器
３３…増幅器
３４…Ａ／Ｄ変換器
【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１２】
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【図１１】
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