(57)【要約】  ａ）瞼及び眼の動きを監視するセンサと、ｂ）動作センサと、ｃ）上記センサからのデータを保存するデータ保存手段とを含む、覚醒状態及び注意を監視する頭部装着式装置である。動作センサは、頭の位置を解析し且つ、注視点方向を決定することを許容するデータを提供する加速度計である。該装置は、運転者が装用した加速度計からデータを採取し、乗物が動いているかどうか、また、頭が垂直平面内にて傾動しているかどうかを決定する。乗物が動いていない場合、データは処理されない。注視点が下向きである場合、眼の動作センサからのセンサ信号は、無視される。しかし、下向きの注視点の持続時間が所定の最小時間よりも長く且つ乗物が動いているとき、運転者は不注意状態にあるから、警報が励起される。該装置を使用して、作業者は仕事を開始する前、作業者が十分、覚醒状態にあるかどうかを評価すべく使用することができる。特定の仕事に対する被験者の適合性を測定する方法は、被験者が所定の像又はライトを追うことを要求する一連の試験にて被験者が試験されている間、注意状態のモニター装置又はビデオカメラを使用して、頭の動きデータと共に、又はそのデータ無しにて、眼及び瞼の動きを監視する。
2011528242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）瞼及び眼の動きを監視するセンサと、
ｂ）動作センサと、
ｃ）前記センサからのデータを保存する、データ保存手段と、
を含む、覚醒状態及び注意力を監視する頭部装着式装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、該装置は、１対の眼鏡であり、前記動作センサは３次元加速度計である、装置。
【請求項３】
乗物の運転者のための覚醒状態及び注意力のモニター装置であって、乗物が動いており、且つ、頭が傾動しているかどうかを検出するため、運転者が装用した加速度計からのデータを収集するようになされた、乗物の運転者の覚醒状態及び注意力のモニター装置。
【請求項４】
請求項３に記載の、乗物の運転者のための覚醒状態及び注意力のモニター装置において、下向き注視の持続時間が所定の最小時間よりも長く、且つ、乗物が動いていると認識されたとき、警報が励起されるようになされている、モニター装置。
【請求項５】
特定の仕事に対する被験者の適合性を測定する方法であって、被験者が所定の像又はライトを追うことを要求する一連の試験にて被験者が試験されている間、被験者の頭の動きに関するデータと共に又はそのデータ無しにて、被験者の眼及び瞼の動きを監視するために覚醒状態のモニター装置又はビデオカメラを使用することにより、特定の仕事に対する被験者の適合性を測定する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、眼及び瞼の動きを監視するときに使用する装置の改良に関し、特に、乗物及び機械の操作者の覚醒状態及び不注意を監視することに関する。
【背景技術】
【０００２】
眠気は工業的装置のみならず、自動車、飛行機及び船を含む広範囲の装置の操作者の能力を損うため、眠気を検出することは重要である。
国際出願第０３／０３９３５８号明細書は、瞼及び眼の動きの大きさ及び速度を測定し眠気の測定値をスケール上にて得るため、赤外線を使用する覚醒状態のモニター装置を開示している。このモニター装置は、操作者の覚醒状態の較正した測定値を提供することのできる、リアルタイムの覚醒状態のモニター装置を提供しようとするものである。
【０００３】
国際出願第２００７／０１６７３９号明細書は、国際出願第０３／０３９３５８号明細書の眼の監視システムにて使用される眼鏡であって、装用者の眼に隣接する位置に配置し得るようにした１対の眼鏡フレームと、センサユニットとを含む、眼鏡を開示している。鼻ブリッジが１対の眼鏡フレームを接続し、また、眼に対するセンサユニットの垂直位置を調節する調節機構を組み込んでいる。フレーム用アームが眼鏡フレームの各々の外端縁から延び、且つ、装用者の耳上に嵌まるようにされている。センサユニットは、異なる角度にある２つの赤外線発生器と、赤外線検出器とを組み込んでいる。赤外線検出器はセンサユニットの表面内に引っ込められており、該検出器が受信する信号の内、眼又は瞼により反射されたものではない信号の比率を減少させている。眠気のみならず、運転者の不注意及びぼんやりすることの問題に関して最近、関心が向けられている。ぼんやりするとは、運転者の視覚的注意の焦点が運転行為から非視覚的行為（例えば、乗物内の他の人との会話又は携帯電話の使用）に、又は、これとは別に、運転の安全性を一時的に低下させる視覚的行為（地図又はナビゲーションシステムを読み、ＣＤプレーヤー又はラジオを調節する等）に向けられることを意味する。このため、運転者のぼんやりとは、方向及び持続時間の点にて注意が安全運転にとって不適切に集中される状態に関連する。運転者の不注意に対応する多数の試みが為されてきた。
【０００４】
欧州特許第１６８７８８号明細書は、乗物のハンドル操作を監視することにより不注意を監視する方法を開示している。
米国特許出願第２００５／００３０１８４号明細書は、運転者の注意レベルを乗物の現在の状態と比較して感知する乗物の制御サブシステムを開示している。
【０００５】
米国特許出願第２００７／０００８１５１号明細書は、運転者の頭の動き又は頭の動きの反応を解析することにより眠気及び（又は）不注意を検出する方法を開示している。
米国特許第７３４４２５１号明細書は、ある行為をするときの被験者の注視点、瞳の動き及び瞳の応答を監視し、その応答を解析し且つ覚醒状態のスコアを計算することにより、精神的覚醒状態を決定する方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際出願第０３／０３９３５８号明細書、
【特許文献２】国際出願第２００７／０１６７３９号明細書
【特許文献３】欧州特許第１６８７８８号明細書
【特許文献４】米国特許出願第２００５／００３０１８４号明細書
【特許文献５】米国特許出願第２００７／０００８１５１号明細書
【特許文献６】米国特許第７３４４２５１号明細書
【特許文献７】国際出願第０３／０３９３５８号明細書
【特許文献８】国際出願第２００７／０１６７３９号明細書
【特許文献９】米国特許第６７３００４７号明細書
【特許文献１０】米国特許出願第２００７／０１６１８７５号明細書
【特許文献１１】国際特許出願第２００７／０８８３７４号明細書
【特許文献１２】特許出願第２００８／０２０３６２号明細書
【特許文献１３】国際出願第０３／０３９３５８号明細書
【特許文献１４】国際出願第２００７／０１６７３９号明細書
【特許文献１５】国際出願第２００７／０１６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の１つの目的は、眠気及び不注意を考慮した、全体的な覚醒状態を監視する改良された方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的のため、本発明は、
ａ）瞼及び眼の動きを監視するセンサと、
ｂ）動作センサと、
ｃ）上記センサからのデータを保存する、データ保存手段と、を含む、
覚醒状態及び注意力を監視する頭部装着式装置を提供する。
【０００９】
好ましくは、動作センサは、加速度計、より好ましくは、３次元加速度計であるものとする。該加速度計は、頭の位置を解析して、注視方向を評価するのを助けることが可能なデータを提供することができる。サンプリング周波数は、重要ではないが、１００Ｈｚであることが好ましい。頭の動きに関する情報と、眼の動きに関する情報とを組み合わせることにより、注意力及び覚醒状態に関する情報を組み合わせることができる。
【００１０】
該システムは、眼用のセンサ及び３次元加速度計からの信号を処理する少なくとも１つのマイクロプロセッサを含む。このプロセッサは、頭部装着式装置内に含めてもよいし、又は、センサからの信号が送られる別個のユニット内に含めることもできる。該プロセッサは、国際出願第０３／０３９３５８号明細書に開示された型式のものとすることができる。
【００１１】
１つの好ましい実施の形態において、国際出願第２００７／０１６７３９号明細書に開示した眼鏡センサは、眼鏡フレームのアーム内に３次元加速度計を含むよう改変されている。加速度計は、頭部装着式装置にて使用されているが、これらは、覚醒状態又は不注意を決定する目的のためではない。
【００１２】
米国特許第６７３００４７号明細書は、スポーツ運動を解析するとき使用するため、頭の位置及び傾斜を検出し得るよう頭部装着式装置の動作センサを使用することを開示している。
【００１３】
米国特許出願第２００７／０１６１８７５号明細書は、耳・鼻の前庭の異常を診断するとき使用されるヘッドギアを開示している。このヘッドギアは、動作センサと、刺激提供具とを含む。
【００１４】
国際出願第２００７／０８８３７４号明細書は、動作を解析するとき使用すべく耳の近くに取り付けた加速度計を組み込んだ装置を開示している。
特許出願第２００８／０２０３６２号明細書は、視覚障害者を支援すべく身体に装用する動作センサを開示している。
【００１５】
本発明の装置により収集した眼及び瞼の動きが、被験者が覚醒状態にあることを示す一方で、頭の位置が、被験者が適正な方向を見ておらず、又は、特定の方向を見るときに費やされる時間が長過ぎるということを示すこともありうる。例えば、ミラー又は計器を見ながら運転しているとき、それ自体は適正であるが、その時間が過度に長いとなると、運転者は走行方向にて生ずることへの注意からぼんやりしている可能性がある。
【００１６】
本発明の別の観点から、乗物が動いている状態にあるかどうか、また、頭が垂直面にて傾動していないかどうかを検出すべく、運転者が装用した加速度計からデータを採取する、乗物の運転者の覚醒状態及び注意力のモニター装置が提供される。乗物が動いていないならば、覚醒状態及び注意力のデータは表示されない。注視の方向が下向きであるときであって、その他の可変値が眠気を表示しない場合、眼の動作センサからのセンサ信号は無視することができる。しかし、下向き注視状態の持続時間が所定の最小時間よりも長く、且つ、乗物が動いているとき、運転者は不注意であるとして警報が励起される。本発明の覚醒状態のモニター装置は、主として、運転者又は操作者が実際に運転している間、疲れ又は不注意状態になりつつあるかどうかを決定するため、使用される。しかし、作業者が仕事を開始する前に、十分に覚醒状態にあるかどうかを評価する必要性もある。この目的のため、本発明は、本発明の覚醒状態のモニター装置又は国際出願０３／０３９３５８号明細書又は国際出願２００７／０１６７３９号明細書に記載された装置を使用し、又は、これと代替的に、被験者が所定の像又は光を追うことを要求する一連の試験にて被験者が試験されている間、頭の動きデータと共に、又はそのデータ無しにて、眼及び瞼の動きを監視するビデオカメラを使用して、特定の作業に対する被験者の適合性を判定する方法を提供するものである。被験者が像を首尾良く追うことができない場合、その被験者は仕事に適していないと判断される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
本発明の１つの好ましい実施の形態は、図面に示されている。
【図１】本発明の眼鏡モニター装置を示す。
【図２】未処理のＹ軸線データ（上側）、相応する信号の変化（中間）及び静止状態及び動いている状態の２つの状態を示す動作状態の軌跡（下側）を示す加速度計からのデータを示す。
【図３】上方、次に下方への頭の一連の動きの垂直平面内の信号を示す。
【図４】頭の回転、左方向、右方向、左方向、右方向への一連の動きの水平平面内の信号を示す。
【図５Ａ】運転者の頭の頂部に眼鏡を置いたときの加速度計の３軸線データを示す。
【図５Ｂ】図５Ａの加速度計の読み取り値から取得した傾動データ（上側）及び相応する眼の動きのデータ（下側）を示す。
【図６Ａ】加速度計の３軸線からの信号を示す。
【図６Ｂ】頭が静止しているとき、５回瞬きする間、その後、頭を下向きの状態から左方向を見る状態に動かすとき、２回瞬きする間の相応する眼の動きを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
眼鏡は装用者の頭にて一定の位置にあるから、加速度計は、真直ぐ前（例えば、運転しているとき、道路の前方）を見るときの位置に対する頭の位置の表示を提供する。眼鏡は、眼鏡の左アームに配置された３軸線デジタル加速度計を保持している。各軸線（Ｘ、Ｙ及びＺ）からの別個のデジタル出力が提供される。これらの出力は、個別に使用することができ、又は、２つの軸線の組み合わせを使用して、３つの平面内の動き（傾動、横揺れ及び片揺れ）の表示を得ることができる。
【００１９】
加速度計からの出力は、１００Ｈｚのレートにてサンプリングし（しかし、信号の情報の中味が悪影響を受けていない場合、より低いサンプリングレート（標本抽出率）が利用できる）、また、好ましくは、１０ビット以上の解像度にてデジタル化されるものとする。選んだ加速度計は、±２．５ｇ、従って、０．００４８８ｇの範囲の解像度を有している。図１は、国際出願第２００７／０１６号明細書に開示した型式の眼鏡に取り付けたときの加速度計の軸線の向きを示す。
【００２０】
眼鏡フレームは、ＰＣＢを組み込み、このＰＣＢ上に加速度計及びマイクロプロセッサが取り付けられる。１つの好ましい加速度計は、Ｋｉｏｎｏｘ  Ｋｘ［ｐＳ５−２０５０＋／−２ｇ  ３軸線加速度計である。
【００２１】
３つの平面内の動き
傾動（チルト）
これは、ＸＹ平面内の動きを意味する。これは、眼鏡の装用者が前方を向くが、上方（上方傾斜）又は下方（下方傾斜）の何れかを見る状態に相応する。
【００２２】
適用例
傾動は、装用者がその視界を道路の前方に維持しているか（眼鏡がほぼ水平の姿勢にあることにより及び傾動の測定値がゼロに近いことにより示されるものと仮定する）又は道路から外れて乗物の内部の物（ラジオ、ギアスティック等）を見ているかどうかを示すべく使用することができる。
【００２３】
図３を参照。
方法
傾動は、ｘ軸線の出力及びｙ軸線の出力を得ることにより、且つ、三角関数を適用して傾動角度（下方傾斜又は上方傾斜）を得ることにより測定することができる。ｘ軸線は、上方傾斜の場合に正の値及び下方傾斜の場合に負の値を与えるべく、逆方向に変換させなければならない。
【００２４】
ａｒｃｔａｎ（−ｘ／ｙ）＝角度（ｒａｄｓ）
上記の結果に１８０／ｐｉを掛けることにより、角度への変換を行うことができる。
信号角度の更なるフィルタリングを使用して高周波数成分を除去し、且つ、頭の傾動を種類分けすべくソフトウェアステートマシーンのための「よりきれいな」信号が得られる。
【００２５】
横揺れ（ローリング）
これは、ＹＺ平面内での動きを意味する。これは、眼鏡の装用者がその頭を左側又は右側に横揺れさせる（耳を肩の近くに動かす）状態に相応する。理論上、我々は、頭の横揺れ角度を頭の傾動と同様に測定できるが、これは、何らかの有用な情報（この情報は、非典型的な頭の位置であり、また、覚醒状態の監視システムの作動に殆ど関係しないであろう）を与える可能性はないであろう。
【００２６】
左右向き（ヨーイング）
これは、ＸＺ平面内の動きを意味する。これは、眼鏡の装用者がその頭を左方向又は右方向に回転させる状態に相応する。
【００２７】
図４参照。
適用例
水平面内での頭の動きは、装用者の頭が所定の期間よりも長時間、真っ直ぐ前方の位置から離れる場合に、発せられるであろう「不注意」警告の基礎を形成するであろう。
【００２８】
方法の問題点
横方向への大きい加速度は、Ｘ及びＺ軸線加速度計により検出することができる。しかし、頭をゆっくりと９０°回転させることは低加速度であることを示し、また、頭を急速に９０°回転させることは高加速度であることを示すので、頭の位置（頭が加速度計からどの程度回転させたか）を加速度計のみにて定量化することは、殆ど不可能である。加速度から速度に、次に、位置を求めるのに必要な二重積分法により導入される不正確さのため、このデータは、最終的な頭の位置を正確に示さないであろう。
【００２９】
垂直方向動作を追跡することができ、また、重力が一方向への一定の加速度として機能し、これにより所定の頭の位置に対する一定の値を提供するＸＹ平面と異なり、０度（真っ直ぐ前方）の点が「ふらつく」傾向にあることを考慮するならば、水平方向の頭の位置を追跡することは極めて困難である。すなわち、左方向への頭の回転の後、右方向への頭の修正的な回転を伴うこともあろうが（真っ直ぐ前方の位置を回復するため）、これらの回転程度（加速度）は異なり、その結果、真っ直ぐ前方の位置は当初の値と相違する値が記録されることになる。
【００３０】
しかし、頭を回転させる方向は、頭の左方向及び右方向への回転に対するＸ及びＺ軸線の異なる応答を使用して、加速度データから解釈することことができる。
複合的動き
自然の頭の動きは、より一般的に複合的又は多軸線の動きであろう（すなわち、下方且つ左方向を見る）が、かかる動きのＸ、Ｙ及びＺ軸線成分は、各相応する軸線にて検出することができよう。
【００３１】
図６Ａ及び図６Ｂは、静止している状態にあるとき、５回、瞬きをする間と、その後、頭を下向きの状態から左方向に動かすとき、２回瞬きをする間との、組み合わせた信号セットを示す。
【００３２】
図５Ａ及び図５Ｂは、眼鏡を外したときを示すことができる信号を示す。
取得した測定値
その他の有用な情報は、加速度計の各軸線からのデータ出力に対して色々な信号処理技術を適用することにより、取得することができる。図２及び図３参照。
【００３３】
乗物の動作
乗物の動作の検出
適用例
運転者又はその他の者への危険は、典型的に、乗物が動いているときにのみ限られる。静止した乗物内にて座っている運転者は、幾つかの状況（交通車両のライトにて眼を閉じる、運転日誌に記帳している）のときＯｐｔａｌｅｒｔシステムから不適切な警報を受けることがある。そこで、乗物の動作を検出することにより、システムは、「作動を一時停止して」これらの不適切な警告を防止することができる。
【００３４】
図２を参照。
方法
加速度計のＹ軸線からの出力を見ることにより、乗物が道路上を動くことに起因する垂直軸線内の加速度計の動きの表示を得ることができる。
【００３５】
実験データは、このＹ軸線のデータ出力に幾つかの信号処理法を適用することにより、乗物の動作状態（動いている又は静止している）の確実な検出方法が可能であることを示す。
【００３６】
Ｙ軸線は、Ｙ軸線が重力方向に対して平行であるとき、約１ｇの力に等しい信号を常時、出力するであろう。この信号の上には、自動車が道路に沿って動くことに起因する振動する動きが重ね合わされ、Ｙ軸線の信号に変動が生ずるであろう。Ｙ軸線内のこの振動する動きは、乗物が静止しているとき、著しく減少し、ｙ軸線データの変動が減少することが示されている。
【００３７】
データを統計学的仕方にて解析すると、乗物が動いているとき、信号の変化（変動量）は、乗物が静止しているとき（約１ｇの最小変動レベル）よりも著しく大きいことが分かる。
【００３８】
図２は、実際の運転期間から記録したデータのグラフを示す。未処理のＹ軸線データ（青）は、相応する信号の変化（緑）を含む。動作状態の軌跡は、２つの乗物の状態（静止及び動いている）を示す（最小変動レベルは約１ｇである）。ビデオカメラにより、信号の最小変化の時間は、乗物が静止しているときに相応することが確認されている。
【００３９】
上記の説明から、本発明は、覚醒状態及び注意の測定値を得る独特な手段を提供するものであることを理解することができる。頭の動きを眼の動きと組み合わせることにより、眠気状態をより正確に解析することが可能となり、また、頭の動きを単独にて又は眼の動きのデータと組み合わせて解析することは、多くの不注意状態を検出することを可能にする。
【００４０】
当該技術の当業者は、本発明は、本発明の中心的な教示から逸脱することなく、説明したもの以外の実施の形態にて具体化可能であることが認識されよう。
【図１】
2011528242.tif 000003
【図６Ａ】
2011528242.tif 000004
【図６Ｂ】
2011528242.tif 000005
【図２】
2011528242.tif 000006
【図３】
2011528242.tif 000007
【図４】
2011528242.tif 000008
【図５Ａ】
2011528242.tif 000009
【図５Ｂ】
2011528242.tif 000010
【国際調査報告】
2011528242.tif 000011
2011528242.tif 000012
2011528242.tif 000013
2011528242.tif 000014
2011528242.tif 000015
2011528242.tif 000016